zastosowanie pomp ciepła w budynkach wielorodzinnych

Autor rozdziału: Łukasz Sajewicz i PLGBC

Poniżej znajduje się fragment publikacji.
Pełny tekst dostępny w Poradniku dla zarządców nieruchomości

Pompa ciepła – elastyczny konsument energii

W związku z koniecznością dekarbonizowania zasobów budowlanych niezbędne jest odejście od paliw kopalnych. Pompy ciepła stanowią doskonałą alternatywę dla źródeł ciepła wykorzystujących takie nośniki energii jak gaz czy węgiel i mogą wykorzystywane w budynkach jednorodzinnych oraz wielorodzinnych, a także w procesie dekarbonizacji sieci ciepłowniczych.

Pompy ciepła wraz instalacjami fotowoltaicznymi stanowią jedyną technologią umożliwiającą realizację neutralnych pod względem emisji CO2, samodzielnych energetycznie budynków wielorodzinnych czy też lokalnych społeczności energetycznych (klastry, spółdzielnie).

Pompy ciepła są kluczem do stworzenia efektywnego, zdrowego i ekonomicznego sposobu ogrzewania i chłodzenia budynków, ponieważ są niezwykle elastycznym konsumentem zielonej energii. Po pierwsze doskonale integrują magazynowanie energii z innymi technologiami OZE, np. fotowoltaiką. Po drugie umożliwiają precyzyjne zarządzanie energią eklektyczną w systemach Smart Grid. Co niezwykle ważne, są jedynym źródłem, które realizuje ogrzewanie i chłodzenie pomieszczeń, a także przygotowuje ciepłą wodę użytkową. Stanowią także kluczowy element instalacji samodzielnych energetycznie, takich jak wyspy energetyczne, klastry energii oraz spółdzielnie energetyczne. Zastosowanie pompy ciepła jest również najszybszym sposobem dekarbonizacji ogrzewnictwa, czyli zastąpienia paliw kopalnych zieloną energią odnawialną oraz technologiami, które pozwalają redukować tzw. ślad węglowy.

Pompy ciepła w budownictwie wielorodzinnym

Pompa ciepła jest urządzeniem zmieniającym energię z otoczenia na ciepło. Pompy ciepła przetwarzają energię pochodzącą ze źródeł odnawialnych, takich jak powietrze, grunt czy woda, na ciepło użytkowe wykorzystywane do ogrzewania czy przygotowania ciepłej wody użytkowej. Układ termodynamiczny pompy ciepła pozwala na bardzo efektywne wykorzystanie tej energii.

Jednym z podstawowych kryteriów podziału pomp ciepła jest źródło pozyskiwania energii (dolne źródło ciepła): powietrze, woda oraz grunt. Czynnik roboczy przekazuje ciepło z dolnego źródła ciepła do górnego źródła ciepła. Dodatkowa energia potrzebna jest do zasilenia sprężarki i pomp. Istnieje możliwość odwrócenia kierunku obiegu pompy ciepła, aby wykorzystać to samo urządzenie zarówno do ogrzewania jak i chłodzenia. Przy ogrzewaniu, dolne źródło ciepła jest zlokalizowane poza budynkiem (ciepło z powietrza, wody, gruntu). W przypadku chłodzenia, cykl jest odwrócony: budynek sam w sobie jest źródłem ciepła podczas gdy powietrze, woda lub grunt przejmują ciepło.

Rodzaje pomp ciepła ze względu na źródło pozyskiwania energii:

• Powietrzne pompy ciepła – wykorzystują energię zgromadzoną w powietrzu otoczenia budynku lub powietrzu wyrzutowym do ogrzewania, chłodzenia lub przygotowania ciepłej wody użytkowej.
• Pompy ciepła korzystające z energii hydrotermalnej – wykorzystują energię skumulowaną w wodach podziemnych, powierzchniowych lub morskich.
• Pompy ciepła korzystające z energii geotermalnej – wykorzystują energię skumulowaną w gruncie do ogrzewania, chłodzenia i przygotowania ciepłej wody użytkowej.

Wydajność cieplna pomp ciepła zależy od różnicy temperatury pomiędzy źródłem dolnym i górnym. Tym samym, pompy ciepła powietrze – woda, mimo powszechnej dostępności i dość niskich kosztów, charakteryzują się niestabilnością (zmienna temperatura powietrza w trakcie sezonu) i takie instalacje grzewcze warto wyposażyć w szczytowe lub wspomagające źródło ciepła.

Zdecydowanie bardziej stabilnym rozwiązaniem jest zastosowanie gruntowej pompy ciepła, wykorzystującej względnie stałą temperaturę gruntu w trakcie roku. Jednak o możliwości wykorzystania gruntu decydują jego parametry termiczne i fizyczne. Pompy powietrze – woda często pełnią funkcje ogrzewania w okresie zimowym i chłodzenia w okresie letnim.

Klasyfikacja systemowych rozwiązań z wykorzystaniem pomp ciepła

Kluczowym punktem klasyfikacji systemów pomp ciepła jest określenie poziomu, na którym realizowana jest integracja instalacji. Obejmuje to wszystkie instalacje scentralizowane lub całkowicie zdecentralizowane z różnymi rodzajami rozwiązań pośrednich.

Poniżej kilka rozwiązań dostępnych dla budynków wielorodzinnych.

Rozwiązanie 1 – jedna pompa ciepła do ogrzewania i przygotowania ciepłej wody użytkowej dla wszystkich mieszkań.

Jedna, centralna pompa ciepła dla całego budynku, zarówno do ogrzewania pomieszczeń, jak i przygotowania ciepłej wody użytkowej może mieć powszechne zastosowanie w budynkach wielorodzinnych z małą liczbą mieszkań.
W przypadku przeprowadzania modernizacji można zachować stary system dystrybucji ciepła, choć należy liczyć się z tym, że w niektórych przypadkach może zaistnieć konieczność częściowej lub całkowitej wymiany grzejników w każdym mieszkaniu.

Rozwiązanie 2 – jedna pompa ciepła do ogrzewania mieszkań, druga do przygotowania c.w.u.

Rozwiązanie to nadaje się do budynków każdej wielkości, ale najczęściej jest stosowane w przypadku większych budynków.
W przypadku przeprowadzania modernizacji można zachować stary system dystrybucji ciepła, choć należy liczyć się z tym, że w niektórych przypadkach może zaistnieć konieczność częściowej lub całkowitej wymiany grzejników w każdym mieszkaniu – przypadku nowych budynków konieczne jest przeprowadzenie długich rurociągów przez cały budynek.

Rozwiązanie 3 – Pompa ciepła do ogrzewania wszystkich mieszkań, inne urządzenie do przygotowania ciepłej wody użytkowej.

Rozwiązanie możne znaleźć zastosowanie we wszystkich rozmiarach budynków, ale często stosowane jest w większych budynkach.
W przypadku modernizacji wymiana tylko jednego urządzenia (przejście na pompę ciepła do ogrzewania) zmniejszy złożoność planowanych prac budowlanych (przy założeniu, że system do przygotowania c.w.u. pozostaje bez zmian).

Rozwiązanie 4 – Pompa ciepła do przygotowania c.w.u., inne urządzenia do ogrzewania.

Rozwiązanie nadaje się do budynków każdej wielkości, jednak polecane jest do budynków mniejszych, jednak nie zaleca się wdrażania go w budynkach nowych, ze względu na zastosowanie paliw kopalnych.
W przypadku modernizacji wymiana tylko jednego urządzenia (przejście na pompę ciepła do przygotowania c.w.u.) zmniejszy złożoność planowanych prac budowlanych (przy założeniu, że system grzewczy pozostaje bez zmian).