Pompy ciepła w starych budynkach. Nowe wnioski

Badacze z kilku instytutów naukowych szukali sposobów na ograniczenie energochłonności starych budynków wielorodzinnych. W ramach projektu „LowEx in the Building Stock” zaprezentowali rozwiązania modernizacyjne w zakresie instalacji pomp ciepła i innych źródeł wytwórczych, które pozwalają zredukować zażycie paliw kopalnych i emisję CO2.

Wielorodzinne budownictwo, liczące często kilkadziesiąt i więcej lat, stanowi szczególnie trudny przypadek, jeśli chodzi o wykorzystanie odnawialnych źródeł energii, jak np. pompy ciepła. Bardzo często budynki takie nie są przystosowane do współpracy z nowoczesnymi technologiami i włączenie takich rozwiązań w systemy grzewcze nieruchomości wymaga trudnych i kosztownych modernizacji.

Problemy wynikają z konieczności zapewnienia wyższej mocy cieplnej niezbędnej do ogrzania często niewystarczająco zaizolowanego budynku. Co więcej, w większości przypadków grzejniki oraz systemy ciepłej wody użytkowej (c.w.u.) wymagają wysokich temperatur zasilania, co również może stanowić problem.

REKLAMA

Wspólna praca badaczy

W ramach projektu „LowEx in the Building Stock” przedstawiciele Instytutu Fraunhofera ds. Systemów Energii Słonecznej ISE, Instytutu Inżynierii Systemów Zrównoważonego Rozwoju INATECH Uniwersytetu we Freiburgu oraz Instytutu Technologii w Karlsruhe KIT przedstawili przykładowe propozycje rozwiązań oraz opisali obiekty demonstracyjne, w których przeprowadzono modernizację.

Przy opracowywaniu rozwiązań brano pod uwagę m.in. komfort użytkowania, aspekty ekonomiczne oraz możliwy do osiągnięcia stopień redukcji CO2. Badacze rozpatrywali możliwość połączenia hybrydowych systemów grzewczych oraz jednoczesnej instalacji fotowoltaiki, która pomogłaby zbilansować koszty eksploatacji źródeł ciepła.

Wieloźródłowa pompa ciepła

Jednym z rozwiązań, które zaimplementowano w ramach projektu, była wieloźródłowa pompa ciepła opracowana we współpracy z firmą Viessmann, producentem systemów grzewczych.

Innowacyjność urządzenia polegała na możliwości korzystania z dwóch źródeł ciepła: powietrza oraz gruntu. Jest to o tyle istotne, że wykorzystanie geotermii pozwala na utrzymanie bardziej stabilnej temperatury dolnego źródła przez cały rok, co jest praktycznie niemożliwe w przypadku korzystania jedynie z powietrza jako źródła dolnego. Jednakże przy wieloźródłowej pompie ciepła niezbędne jest zastosowanie także powietrza. Dzięki temu nie ma konieczności wykonywania standardowo głębokich (około 100 m) otworów na potrzeby gruntowej pompy ciepła. Proces ten byłby niemal niemożliwy w gęsto zaludnionych obszarach (wykonuje się tam dużo płytsze otwory).

REKLAMA

Systemy hybrydowe

Kolejne pomysły testowane w ramach projektu obejmowały zastosowanie hybrydowego systemu wykorzystującego pompy ciepła z czynnikiem chłodniczym R290 (propan), centrali wentylacyjnych, a także zintegrowanych wysokotemperaturowych pomp ciepła.

W innym projekcie, w którym uczestniczyła też firma KES Karlsruher Energieservice GmbH, połączono pompy ciepła z kotłami gazowymi w roli szczytowego źródła ciepła oraz instalacją fotowoltaiczną na dachu. Kotły gazowe zostały dobrane w taki sposób, aby załączały się możliwe rzadko i wspomagały m.in. duże zapotrzebowanie na c.w.u. dla wielorodzinnego budownictwa.

To może się udać

Wyniki eksperymentów pokazały, że istnieje możliwość włączenia nowoczesnych systemów grzewczych do ogrzewania starych wielorodzinnych budynków mieszkalnych. W przypadku wieloźródłowych pomp ciepła udało się osiągnąć średnią temperaturę źródła dolnego 8 st. C, co pozwoliło uzyskać wartość COP na poziomie 3,2 w okresie luty–lipiec 2022.

Dobrze sprawdziły się również systemy wykorzystujące kocioł grzewczy w roli biwalentnego źródła zasilania. Jak podaje Instytut Fraunhofera, cały system pozwolił na redukcję emisji CO2, która powstawałaby przy wykorzystaniu tradycyjnego ogrzewania, o 42 proc.

Autorzy badania podkreślają, że potrzebnych jest więcej projektów, w których sprawdzane będą możliwości wyposażenia starych domów wielorodzinnych w ekologiczne źródła ciepła. Zaznaczają, że planowanie poprawy efektywności energetycznej starych budynków utrudnia to, że każdorazowo należy uwzględnić indywidualną charakterystykę konkretnego budynku, co uniemożliwia opracowanie uniwersalnych, nadających się do powielenia modeli modernizacji energetycznej tego rodzaju obiektów.