Według analizy przeprowadzonej przez Instytut Fraunhofera (Fraunhofer Institute for Building Physics IBP), pompy ciepła w systemach ogrzewania mogą być sterowane odwrotnie w taki sposób, aby zapewnić efektywne chłodzenie. Zastosowanie takiego rozwiązania jest szczególnie istotne pod względem zużycia energii elektrycznej. Globalne zużycie energii przez systemy klimatyzacyjne stale rośnie. Zgodnie z informacjami Międzynarodowej Agencji Energetycznej (IEA), całkowita energia zużyta do chłodzenia budynków mieszkalnych i biurowych w 2016 roku wyniosła około 2000 TWh. Szacuje się, że stanowi to około 10 procent całkowitego zużycia energii na świecie. Do 2050 roku ilość ta może się potroić. Jak informuje Instytut Fraunhofera, do tego czasu co sekundę sprzedawanych będzie dziesięć systemów klimatyzacyjnych. W Niemczech eksperci spodziewają się, że zużycie energii na chłodzenie budynków mieszkalnych podwoi się w ciągu najbliższych 20 lat. Dla budynków niemieszkalnych Niemiecka Agencja Ochrony Środowiska przewiduje wzrost o 25 procent.
Jak można zapobiec temu prognozowanym, gwałtownemu wzrostowi liczby nowych instalacji do chłodzenia pomieszczeń? Tym zagadnieniem zajmuje się zespół naukowców z Fraunhofer IBP.

– W istniejących budynkach, jeżeli zainstalowana jest już pompa ciepła, to często jej praca może być odwrócona w celu zapewnienia klimatyzacji. Ten sam system, który jest już wykorzystywany do ogrzewania, mógłby być również wykorzystywany do chłodzenia – mówi Sabine Giglmeier, naukowiec z Fraunhofer IBP. Dzięki temu nie trzeba kupować nowych systemów chłodzenia i można zaoszczędzić energię.

Ponadto jak wskazują specjaliści, systemy klimatyzacyjne nie tylko zużywają dużo energii, ale są również głośne i powodują przeciągi. Mogą również nieść problemy z utrzymaniem higieny, jeśli nie są odpowiednio serwisowane.

Ocena potencjału grzejników i systemów ogrzewania podłogowego

Aby ocenić, w jakim stopniu technologia ta może być wykorzystana do uniknięcia przegrzania budunku w lecie, inżynier i jej zespół ocenili potencjał dwóch systemów grzewczych. Zbadali, czy grzejniki i systemy ogrzewania podłogowego – dystrybutory ciepła – mogłyby zastąpić urządzenia klimatyzacyjne. Urządzenia te odprowadzają swoje ciepło odpadowe za pomocą rury przez okno lub otwór w ścianie.

Systemy grzewcze zostały przetestowane przy użyciu oprogramowania do symulacji budynków WUFI® Plus, aby ustalić, czy pomiary laboratoryjne zgadzały się z obliczeniami oprogramowania. Testy wykazały, że zarówno grzejniki, jak i systemy ogrzewania podłogowego mają potencjał do znacznego obniżenia temperatury powietrza w lecie i wywołania przyjemnego efektu chłodzenia w pomieszczeniach biurowych o standardowej powierzchni 16 m2, z oknami o powierzchni do 3 m kw. i dwoma pracownikami, bez niepożądanego tworzenia się kondensacji na zimnych powierzchniach. Temperatura dopływu systemu musi być regulowana w zależności od temperatury punktu rosy otoczenia, aby uniknąć szkód strukturalnych spowodowanych kondensacją.

– Temperatura punktu rosy jest wielkością krytyczną, którą musimy uwzględnić w naszych obliczeniach. Wynika to z faktu, że wilgoć skrapla się na powierzchni, gdy jest ona chłodniejsza niż temperatura punktu rosy powietrza. Dlatego też ważne jest, aby podczas chłodzenia uwzględnić temperaturę punktu rosy. Innymi słowy, jeśli temperatura punktu rosy wynosi 13 stopni Celsjusza, woda, którą podajemy do systemu grzewczego nie może być zimniejsza niż ta temperatura, w przeciwnym razie woda z powietrza będzie się skraplać na elemencie grzewczym i przewodach zasilających, powodując wilgoć – czytamy na stronie instytutu.

Kolejnym ważnym kryterium obliczeń jest liczba stopniodni grzania ponad określony poziom temperatury. Ta jednostka miary odnosi się do liczby godzin i kelwinów (k/h) powyżej temperatury granicznej pomieszczenia, która wynosi 26 stopni Celsjusza, w ciągu roku. W budynkach mieszkalnych dopuszcza się maksymalnie 1200 stopniodni ponad temperaturę rocznie, a w biurach tylko 500. Obliczenia naukowców wykazały ponad 40-procentową redukcję liczby stopniodni przekroczenia temperatury dla grzejników o wymiarach 0,7 x 1 m. W przypadku grzejników dwa razy większych można uzyskać 65-procentową redukcję w porównaniu z niechłodzonym pomieszczeniem.

Z badań wynika, że wydajność chłodzenia uzyskana przy zastosowaniu grzejników jest wystarczająca przy umiarkowanym udziale powierzchni okien. Jednak większy udział powierzchni okien wymaga większej powierzchni chłodzącej, aby osiągnąć komfortowe warunki klimatyczne w pomieszczeniach. Taką powierzchnię można zapewnić za pomocą systemów ogrzewania podłogowego, które również dają znacznie większy efekt chłodzenia, jak wykazały testy Instytutu.

Wniosek? Pompy ciepła z funkcją chłodzenia mogą być alternatywą dla drogich systemów chłodzenia w istniejących budynkach. A więc, jeśli potrzebujesz klimatyzatora, zastanów się, czy nie potrzebujesz właśnie pompy ciepła.

Źródło: Instytut Fraunhofera

Redakcja GLOBEnergia