Powstała powietrzno-gruntowa pompa ciepła! Czy miasta na niej skorzystają?

W ramach projektu LowEx in the Building Stock Fraunhofer ISE, Uniwersytet we Freiburgu oraz Instytut Technologii w Karlsruhe wspólnie opracowały metody modernizacji pomp ciepła, systemów wymiany ciepła oraz systemów wentylacyjnych w budynkach wielorodzinnych. Dodatkowo grupa współpracowała z firmą Viessmann, niemieckim producentem m.in. urządzeń grzewczych w celu stworzenia wieloźródłowej pompy ciepła, która czerpie energię z powietrza i gruntu. Wszystko odbyło się w ramach realizacji projektu HEAVEN.

To kolejne już rozwiązanie dla budownictwa charakteryzującego się większym zapotrzebowaniem na ciepło i zlokalizowanym w miejscach gdzie możliwości wykonania odwiertów pionowych są znacznie ograniczone. Zastosowanie zaś pomp ciepła tylko w oparciu o powietrze zewnętrzne może powodować nieakceptowany w takiej zabudowie poziom hałasu.

komentuje Dawid Pantera, Viessmann

Rozwiązanie dla budynków wielorodzinnych

Również Fraunhofer ISE wspomina w swoim oświadczeniu, że w obszarach miejskich często nie jest możliwe wykonanie odwiertów pod sondy geotermalne, a wykorzystanie powietrza zewnętrznego jako źródła ciepła jest stosunkowo niewystarczające i wiąże się z wyższym poziomem hałasu. System wieloźródłowych pomp ciepła integruje zalety obu źródeł ciepła: powietrza zewnętrznego i gruntu. Połączenie to pozwala na uzyskanie mniejszego obszaru wiercenia przy zachowaniu takiej samej wydajności solankowej pompy ciepła.

W Karlsruhe-Durlach w Niemczech badacze skonfigurowali system w budynku liczącym 160 mieszkań. Połączono go z kotłem gazowym pracującym w trybie szczytowym oraz instalacją PV o mocy 60 kW umieszczoną na dachu budynku. Fraunhofer wyjaśnił, że pompy ciepła w tych budynkach zostały zaprojektowane tak, aby miały najwyższy osiągalny współczynnik pokrycia, co oznacza, że kocioł gazowy będzie pracował rzadko. Zastosowane pompy ciepła pozwolą na wytwarzanie ciepła z mniejszą emisją CO2.

Ciekawostką w tej konkretnej instalacji jest niewątpliwie układ dolnego źródła łączący w sobie wymiennik glikol/powietrze oraz wymiennik geotermalny (odwierty pionowe). Oba źródła ciepła połączono dzięki specjalnie opracowanej technologii współosiowych wymienników rurowych

komentuje Dawid Pantera, Viessmann

Wyniki badań - zmniejszenie emisji CO₂ o 42%!

Fraunhofer ISE podał, że podczas półrocznego okresu eksploatacji między lutym a lipcem 2022 r. wieloźródłowa pompa ciepła miała średnią temperaturę źródła 8°C i współczynnik wydajności (SCOP) 3,2. Kocioł gazowy był odpowiedzialny za dostarczenie 31% ciepła do budynku, głównie ze względu na zapotrzebowanie na wysokotemperaturową ciepłą wodę użytkową. W sumie zastosowany nowy wariant pompy ciepła był w stanie zmniejszyć emisję dwutlenku węgla o 42%.

Wartość rocznego współczynnika efektywności SCOP jest wbrew pozorom na wysokim poziomie biorąc pod uwagę pracę pomp ciepła głównie z wysokimi temperaturami zasilania

komentuje Dawid Pantera, Viessmann

Manuel Lämmle, badacz z Uniwersytetu we Freiburgu, stwierdził, że przykład domów wielorodzinnych w projekcie pokazał praktyczność modernizacji z wykorzystaniem nowoczesnych pomp ciepła i technologii niskoenergetycznych. Zauważył również, że aby osiągnąć optymalną efektywność pompy ciepła , należy wziąć pod uwagę istniejące okoliczności, takie jak systemy dystrybucji ciepła i wielkość kotłowni.

Podczas modernizacji konieczne jest również wykonanie bilansu hydraulicznego instalacji grzewczej i sprawdzenie, czy temperatury zasilania można jeszcze bardziej obniżyć, np. poprzez wymianę poszczególnych grzejników

zaznacza Lämmle.

Jak przebiega montaż pompy ciepła w budynkach wielorodzinnych? Na to pytanie odpowiadaliśmy w artykule Pompa ciepła w budynku wielorodzinnym – jakie stosuje się rozwiązania?

Wieloźródłowa przyszłość miejskich pomp ciepła 

Wnioski, które się nasuwają po zapoznaniu się z przebiegiem badań i z rezultatami są bardzo krzepiące. Przede wszystkim możliwe jest znalezienie odpowiedzi na pewną dywersyfikację źródeł ciepła dla ogrzewania budynków wielorodzinnych, które potrzebują łącznie dużo energii, zwłaszcza zimą. Dzięki wieloźródłowej pompie ciepła szybciej może przebiegać wymiana źródeł ciepła w budynkach wielorodzinnych. Zmniejszone zostanie ryzyko podwyższonego hałasu związanego z użytkowaniem pompy ciepła , a dolne źródło w postaci gruntu nie będzie wymagało wielu otworów, co skróci czas inwestycji, jak i obniży jej koszty. Ponadto, tak jak zauważył Instytut Fraunhofera, w miastach nieraz nie ma możliwości wywiercenia wielu otworów. 

Źródła: Fraunhofer ISE, pv-magazine.
Zdjęcie główne: Fraunhofer ISE.