Jak drogie są pompy ciepła? Krótkie spojrzenie na rozwój czystej technologii w Europie

Pompy ciepła były ogłaszane jako główne rozwiązanie w zakresie czystej energii, ale krytykowano je za zbyt wysokie koszty. Oto, co musisz wiedzieć.

Prawdopodobnie słyszałeś już o pompach ciepła – urządzeniach, które pobierają energię z powietrza, gruntu i wody i przekształcają ją w ciepło lub chłodne powietrze. Ale jak, kiedy i gdzie dokładnie działają?

Biorąc pod uwagę pilność transformacji energetyki, zrozumiałe jest, że dyskusje na temat tego, które rozwiązania odnawialne są najlepsze, mogą stać się… gorące. Jest prawdopodobne, że zanim zajmiesz się podstawami, po raz pierwszy zetkniesz się z pompami ciepła w pozytywnym lub negatywnym świetle.

Coraz więcej osób instaluje tę technologię. W ubiegłym roku pompy ciepła pomogły Europie zaoszczędzić 8 milionów ton emisji CO2, ponieważ 3 miliony jednostek zastąpiły około 4 miliardy metrów sześciennych gazu kopalnego – potencjał jest więc zdecydowanie duży.

Jeśli myślisz o zostaniu właścicielem pompy ciepła, oto kilka rzeczy, które powinieneś wiedzieć.

Jak działają pompy ciepła?

Powietrzne, wodne i gruntowe pompy ciepła działają w oparciu o pobieranie energii z tych źródeł i przekształcanie jej w ciepło lub zimne powietrze. Robią to w ramach „cyklu czynnika chłodniczego” – obejmującego cztery fazy parowania, sprężania, kondensacji i rozprężania – wyjaśnia Europejskie Stowarzyszenie Pomp Ciepła (EPHA).

Zasadniczo zebrane ciepło wykorzystywane jest do zamiany płynnego czynnika chłodniczego w wymienniku ciepła pompy w gaz, który następnie jest zagęszczany do wysokiego ciśnienia w sprężarce, powodując wzrost temperatury. Do uruchomienia tej części maszyny potrzebna jest dodatkowa energia – najlepiej z ekologicznej energii elektrycznej, która sprawi, że cały proces będzie neutralny pod względem emisji dwutlenku węgla.

Gorąca para pod wysokim ciśnieniem przechodzi następnie przez drugi wymiennik ciepła, zwany skraplaczem. W tym miejscu czynnik chłodniczy odprowadza ciepło do systemu grzewczego domu – niezależnie od tego, czy jest to system wodny, taki jak grzejniki lub ogrzewanie podłogowe, czy też jednostka klimatyzacyjna.

Uwolnienie ciepła powoduje powrót czynnika chłodniczego do stanu ciekłego, który następnie przechodzi przez urządzenie obniżające ciśnienie (zawór rozprężny) przed ponownym rozpoczęciem cyklu.

Pompy ciepła można stosować w domach, biurach i zakładach przemysłowych. Mają tę zaletę, że są bardzo wydajne; na każdą jednostkę energii, która zostanie dostarczona, otrzymasz około trzech jednostek ciepła.

Czy pompy ciepła działają w zimnym klimacie?

To jeden z głównych mitów na temat pomp ciepła. Rzeczywistość jest taka, że ​​cztery kraje z największym udziałem pomp ciepła – Norwegia (60 procent gospodarstw domowych), Szwecja (43 procent), Finlandia (41 procent) i Estonia (34 procent) – borykają się z jednymi z najzimniejszych zimy w Europie.

Niedawne badania wykazały, że pompy ciepła można z powodzeniem instalować w krajach, w których temperatury zimą rzadko spadają poniżej -10°C, co obejmuje większą część kontynentu. Nawet zbliżając się do -30°C, nadal mogą być bardziej wydajne niż ogrzewanie elektryczne.

Dzieje się tak dlatego, że w ujemnych temperaturach, od których drżymy, powietrze i woda na zewnątrz nadal zawierają przydatne ilości energii. Kluczowym pomiarem jest tutaj „współczynnik wydajności” (lub COP), czyli ciepło, które można wytworzyć z każdej dostarczonej jednostki energii.

W większości domów ich pompy ciepła mają współczynnik COP średnio roczny od trzech do czterech. Fakt, że im jest chłodniej, stają się mniej wydajne, ale badania pokazują, że pompy ciepła radzą sobie wyjątkowo dobrze nawet podczas silnych mrozów.

Na przykład w Finlandii testy laboratoryjne niektórych wiodących na rynku pomp ciepła wykazały, że dwa modele mają współczynnik COP powyżej dwóch w okolicach -20°C. A przy -30°C współczynniki COP są nadal powyżej jednego, więc nadal mogą zapewniać ciepło.

Według innego badania gruntowe pompy ciepła mogą być lepsze w tym klimacie, ponieważ temperatura gleby nie zmienia się tak dramatycznie pomiędzy porami roku (a sprzęt nie wymaga rozmrażania energetycznego).

Jeden z nagrodzonych nagrodą EPHA projektów realizowany w Finlandii łączy energię geotermalną z technologią pomp ciepła, aby stworzyć ruchomy system zasilający place budowy. Instalacja „Geolo” w Vantaa działa do -30°C i została wykorzystana do budowy szkoły średniej i mieszkań.

Czy pompy ciepła można instalować w starych i istniejących budynkach?

W Europie zainstalowano około 20 milionów pomp ciepła, co pozwala uniknąć emisji 54 megaton CO2, czyli mniej więcej rocznej emisji Grecji.

Wiele osób chciałoby dołączyć do fali pomp ciepła, ale nie jest pewne, czy urządzenia te będą odpowiednie dla ich domów.

Jedną z obaw jest to, że nie będą działać w starych budynkach. Jednak EPHA twierdzi, że pompy ciepła nadają się do każdego rodzaju budynku, pod warunkiem, że istniejący system ogrzewania lub chłodzenia jest kompatybilny.

Finansowany przez rząd projekt w Wielkiej Brytanii pokazał, że można je instalować w domach reprezentujących każdy styl i każdą epokę, od wiktoriańskich tarasów po półbliźniaki sprzed II wojny światowej i bloki mieszkalne z lat 60. XX wieku.

„Pompy ciepła zasilane czystą energią odnawialną będą kluczem do ogrzania domów w Wielkiej Brytanii w przyszłości o zerowej wartości netto” – powiedział Minister Energii i Czystego Wzrostu, Lord Callanan.

„To badanie pokazuje, że niskoemisyjne systemy grzewcze są skuteczną alternatywą dla domów każdego typu i w każdym wieku. W miarę ciągłego doskonalenia technologii i gwałtownego spadku kosztów w ciągu następnej dekady staną się one oczywistym i niedrogim wyborem dla konsumentów”.

Opactwo Bath w Anglii pokazuje, że nawet w najwspanialszym starym budynku można znaleźć miejsce na pompę ciepła. Jednak największą przeszkodą dla Brytyjczyków nie jest pozwolenie na budowę, ale koszty.

Według Energy Systems Catapult do tej pory większość pomp ciepła w Wielkiej Brytanii została zainstalowana w dużych domach zasilanych gazem odlotowym przez zamożnych pierwszych użytkowników, deweloperów mieszkaniowych lub właścicieli lokali socjalnych.

Czy pompy ciepła są droższe w eksploatacji niż kotły gazowe?

Nie ma wątpliwości, że pompy ciepła są obecnie dla wielu osób zbyt drogie.

Zakup i instalacja powietrznej pompy ciepła kosztuje około 10 000 funtów (11 500 euro). Średnie koszty początkowe są około dwa do czterech razy wyższe niż w przypadku kotłów gazowych.

Cena energii elektrycznej jest również droższa niż cena gazu – w Wielkiej Brytanii około trzykrotność jednostki za jednostkę. Niestety może to wpłynąć na oszczędności w zakresie wydajności wynikające z posiadania pompy, ale zależy to od cen energii w Twoim kraju – jak ilustruje ten podręczny kalkulator Międzynarodowej Agencji Energetycznej (IEA).

IEA twierdzi, że pompy ciepła mogą w dłuższej perspektywie zaoszczędzić pieniądze konsumentów, chroniąc ich jednocześnie przed szokami cenowymi. Według raportu z 2022 r. oszczędności gospodarstw domowych w Europie wyniosły około 840 euro.

„Przy odpowiednim wsparciu biedniejszych gospodarstw domowych w zakresie zarządzania kosztami początkowymi pompy ciepła mogą w znaczący sposób rozwiązać problem ubóstwa energetycznego” – dodaje.

Zależy to oczywiście od decyzji w zakresie polityki krajowej i obejmuje szereg ofert dotacji w całej Europie.

Czy pompy ciepła działają tylko w dobrze izolowanych domach?

Posiadanie pompy ciepła wiąże się z innymi kosztami. Ponieważ wytwarzana przez nie gorąca woda ma niższą temperaturę niż w przypadku kotłów gazowych, większe grzejniki są zaletą.

Podwójne szyby i inne elementy uszczelniające izolację pomogą również Twojemu domowi zatrzymać więcej ciepła, a to wszystko ma swoją cenę.

Jednak zdaniem jednego z ekspertów „nie trzeba gruntownego remontu domów, aby umożliwić montaż pompy ciepła”.

Pisząc na blogu naukowym Instytutu Systemów Energii Słonecznej im. Fraunhofera (ISE), Marek Miara dodaje, że im mniejsze straty ciepła, tym efektywniej może pracować pompa ciepła. Dlatego też działania renowacyjne mające na celu zmniejszenie zapotrzebowania na energię grzewczą mają sens, podobnie jak w przypadku każdego innego systemu grzewczego.

Czy pompy ciepła są głośne?

Gruntowe pompy ciepła wcale nie hałasują.

Powietrzne pompy ciepła zazwyczaj składają się z jednostki zewnętrznej i wewnętrznej. Według EHPA poziom dźwięku w tej drugiej części mieści się zazwyczaj w przedziale od 18 do 30 decybeli, czyli mniej więcej tyle, ile ktoś szepcze.

Większość jednostek zewnętrznych ma moc około 60 decybeli, co można porównać do normalnej rozmowy lub umiarkowanych opadów.

„Pamiętaj też: latem, kiedy jesteś w ogrodzie, pompy ciepła zwykle nie działają, ponieważ nie jest potrzebne ogrzewanie” – mówi Jan Rosenow. Dyrektor Projektu Pomocy Regulacyjnej (RAP), organizacji pozarządowej zajmującej się czystą energią z siedzibą w Wielkiej Brytanii, opracował pomocny nitka fałszywych mitów o pompach ciepła na X, gdzie znajdziesz więcej informacji potwierdzających fakty, które pomogą Ci w dokonywaniu wyborów energetycznych.