Pompy ciepła w istniejących budynkach cz. 5

Czy pompy ciepła nadają się tylko do budynków jednorodzinnych?

Pompy ciepła znajdują wiele zastosowań. Sektor ogrzewania budynków jest najlepiej znanym obszarem ich zastosowania, ale pompy ciepła wykorzystywane są również w przemyśle, urządzeniach gospodarstwa domowego czy chociażby pojazdach elektrycznych. Wracając do budynków: pompy ciepła stosowane są obecnie przede wszystkim w domach jednorodzinnych, które stanowią (łącznie z „bliźniakami” i „szeregówkami”) ok. 90% budynków mieszkalnych w Polsce. Jednak to w budynkach wielorodzinnych znajduje się przeszło 60% wszystkich lokali mieszkalnych. Taka statystyka pokazuje, jak ważne dla osiągnięcia celów klimatycznych jest zastosowanie pomp ciepła w budynkach wielorodzinnych, zarówno nowo budowanych, jak i istniejących.

Wyzwania

Pompy ciepła mogą być stosowane z powodzeniem również w budynkach wielorodzinnych. Potwierdzają to liczne przykłady w miastach zarówno europejskich, jak i azjatyckich, w różnych strefach klimatycznych. Jednak instalacja pomp ciepła w budynkach wielorodzinnych jest zdecydowanie bardziej złożone niż w przypadku domów jednorodzinnych. Przeszkodami mogą być zarówno kwestie administracyjne, jak i techniczne. Przykładowo bardziej skomplikowana jest struktura własności budynków wielorodzinnych – mogą one należeć do miasta, spółdzielni mieszkaniowych lub właścicieli prywatnych. Zróżnicowane pobudki tych właścicieli prowadzą często do podejmowania decyzji, które nie są optymalne pod względem ochrony klimatu. Inną barierą logistyczną może być np. duża liczba mieszkań (oraz mieszkańców) i związane z tym trudności podczas przeprowadzania termomodernizacji zarówno powłok budynku, jak i systemu grzewczego.

Również z technicznego punktu widzenia zastosowanie pomp ciepła w budynkach wielorodzinnych niesie ze sobą pewne wyzwania. Na przykład temperatury systemu grzewczego muszą być wyższe (szczególnie w rozwiązaniach centralnych) w porównaniu z budynkami jednorodzinnymi ze względu na straty ciepła przy jego rozprowadzeniu. Dotyczy to także ciepłej wody użytkowej. Większe jest również zapotrzebowanie na ciepło, a więc i moc grzewcza musi być większa. Wiąże się to z określonymi wymaganiami dotyczącymi źródeł ciepła, a co za tym idzie ograniczeniami związanymi np. z brakiem wystarczającej ilości miejsca na montaż.

Możliwe rozwiązania

Tym wyzwaniom może sprostać wiele istniejących rozwiązań technicznych, jednak wybór „właściwego”, ze względu na dużą liczbę dostępnych opcji, nie zawsze jest łatwy. Przykładowo problem wysokich temperatur ciepłej wody użytkowej niezbędnych dla zwalczania bakterii Legionella można rozwiązać dzięki zastosowaniu systemów decentralnych, systemów stacji „świeżej wody” lub technologii ultrafiltracji.

Do podjęcia decyzji przyda się możliwie prosta klasyfikacja dostępnych rozwiązań. Przedstawiony na rys. 1 ich podstawowy podział powstał w wyniku realizacji międzynarodowego projektu „Annex 50 – pompy ciepła w budynkach wielorodzinnych” w ramach prac Międzynarodowej Agencji Energii IEA. Znaczne uproszczenie zaproponowanego podziału sprawia, że nie jest on kompletny, pozwala jednak przejrzyście pogrupować istniejące rozwiązania. Rezultatem jest pięć „rodzin rozwiązań” zastosowania pomp ciepła w budynkach wielorodzinnych.

Możliwe rozwiązania sklasyfikowane zostały od „całego budynku” do „pojedynczych pomieszczeń”. Dokładny opis przedstawionych grup oraz dodatkowe rozwiązania w ramach każdej z „rodzin” rozwiązań znajdują się obecnie w przygotowaniu i będą dostępne w ciągu najbliższych miesięcy jako interaktywne narządzie na stronie internetowej projektu Annex 50.

Czytaj też: Pompy ciepła w istniejących budynkach cz. 4 >>

Zrealizowane instalacje

Również w ramach tego projektu powstała baza danych instalacji zrealizowanych w różnych europejskich krajach. Na rys. 2 pokazano wycinek strony https://heatpumpingtechnologies.org/annex50/case-studies/ z interaktywną mapą, na której symbolicznie zaznaczono zebrane przykłady budynków wielorodzinnych z zainstalowanymi pompami ciepła. Szczególnie ciekawe są przykłady dotyczące budynków istniejących, często niepoddanych termomodernizacji. Baza danych poszerzana jest stale o nowe przykłady. Pozwala to pokazać również polskie realizacje – zainteresowane tą możliwością osoby proszone są o kontakt z autorem.

Jak zapewnić większy udział pomp ciepła w istniejących budynkach?

„Znaki są jednoznaczne. Koszt bezczynności będzie coraz większy. Musimy działać szybko, aby sprostać tym wyzwaniom” – to słowa prezydenta USA Joe Bidena, wygłoszone wiosną 2021 roku podczas otwarcia zorganizowanego przez niego szczytu klimatycznego. Zdanie to miało szerszy kontekst, ale opisuje również precyzyjnie sytuację w sektorze ogrzewania budynków. Aby osiągnąć ustalone cele klimatyczne, a w dalszej perspektywie neutralność klimatyczną, należy możliwie szeroko stosować dostępne rozwiązania zbliżające nas do osiągnięcia tych celów. Pompy ciepła są w tym kontekście technologią kluczową.

Czytaj także: Pompa ciepła - poznaj całkowity koszt inwestycji >>

60% budynków mieszkalnych w Polsce ma więcej niż 40 lat. W wielu europejskich krajach odsetek ten jest jeszcze wyższy. Obrazuje to, jak ważna jest właściwa strategia energetyczna dla istniejących budynków. Jeśli to tylko możliwe, w pierwszej kolejności powinno zostać zredukowane ich zapotrzebowanie energetyczne. Jest to konieczne w perspektywie długoterminowej tak czy inaczej. Zdarza się jednak, że z wymianą systemu grzewczego budynków nie można czekać na ich wcześniejszą termomodernizację. Ten fakt jest często używany jako argument przeciwko pompom ciepła. Wyniki badań pokazują, że założenie to jest błędne – pompy ciepła nie tylko można, ale i trzeba stosować w istniejących budynkach. Przemawiają za tym zarówno względy ekologiczne, jak i ekonomiczne.

To, co najważniejsze

Zacznijmy od aspektu najistotniejszego dla użytkowników – pompy ciepła są w stanie dostarczyć wymagane ciepło nawet podczas bardzo zimnych dni. Przeprowadzone analizy pokazują jednocześnie, że decydująca dla średniej efektywności instalacji z pompą ciepła jest nie najwyższa, lecz średnia wymagana temperatura zasilania. Te dwa fakty pozwalają na stwierdzenie, że pompy ciepła są w stanie skutecznie dostarczyć wymagane ciepło również w budynkach starszych, pracując jednocześnie z akceptowalną efektywnością. Warto również wspomnieć o stosunkowo łatwych do zrealizowania i relatywnie tanich sposobach, które wspomagają efektywność pomp ciepła w istniejących budynkach. Może to być np. wymiana pojedynczych grzejników na tzw. grzejniki niskotemperaturowe. Nowoczesne grzejniki są w stanie przekazać do pomieszczeń tę samą ilość ciepła, potrzebując w tym celu znacznie niższej temperatury zasilania. Takie proste działania mogą być pierwszym krokiem w długoterminowym procesie termomodernizacyjnym. Każdy kolejny krok będzie zwiększał nie tylko energooszczędność budynku, ale i efektywność pompy ciepła.

Wyniki badań monitoringowych przeprowadzonych na ponad 300 instalacjach pomp ciepła w ostatnich 20 latach przez Instytut Fraunhofera ISE wyraźnie przeczą tezie, że pompy ciepła mogą pracować jedynie w systemach grzewczych z ogrzewaniem płaszczyznowym (podłogowym, ściennym czy sufitowym). Zaprzeczają temu nie tylko prawa fizyki, ale i tysiące instalacji pomp ciepła w sposób skuteczny i efektywny współdziałających z grzejnikami. W badaniach monitoringowych jedynie niewielka liczba analizowanych instalacji pomp ciepła w połączeniu z grzejnikami osiągała średnie wartości temperatury zasilania przewyższające 45°C.

Kolejnym często powtarzanym argumentem przeciw pompom ciepła jest rzekoma konieczność częstej pracy grzałek elektrycznych i związana z tym potencjalna „eksplozja” kosztów ogrzewania. Wyniki badań przeczą temu jednoznacznie. Zarówno teoria, jak i praktyka są ze sobą zgodne – w przypadku poprawnie zaplanowanych i zamontowanych instalacji z pompami ciepła grzałki elektryczne odgrywają jedynie marginalną rolę, a ich udział w całkowitym zużyciu energii elektrycznej nie powinien przekraczać 3% (często jest to nie więcej niż 1%). Ich większy udział wskazuje na możliwości optymalizacji danej instalacji. Inaczej mówiąc: grzałki elektryczne w poprawnie działających instalacjach pomp ciepła nie mają znaczącego wpływu ani na efektywność tych instalacji, ani na koszty ich działania.

Ocena ekologiczna pokazuje, że stosowanie pomp ciepła prowadzić będzie do znacznej redukcji emisji dwutlenku węgla w porównaniu z technologiami bazującymi na tzw. kopalnych źródłach energii, jak gaz ziemny czy węgiel. Zwiększenie udziału energii odnawialnej w krajowej produkcji energii elektrycznej będzie ten trend znacząco pogłębiać. Już teraz w bilansie indywidualnym pompy ciepła osiągają znacznie lepsze wyniki ekologiczne niż kotły gazowe wspierane kolektorami słonecznymi, jeśli uwzględni się produkcję prądu z własnej instalacji fotowoltaicznej. Wyniki efektywności pomp ciepła uzyskane w projektach monitoringowych pokazują, że pompy ciepła działają w sposób ekologiczny zarówno w budynkach nowo budowanych, jak i istniejących.

Bez względu na stopień ekologiczności danej technologii, ma ona szansę na powodzenie wtedy, gdy jest ekonomicznie korzystna dla jej użytkowników. Uwzględniając dzisiejsze ceny, ogrzewanie pompą ciepła jest bardziej ekonomiczne od ogrzewania kotłem gazowym, jeśli pompa ciepła osiąga efektywność większą niż 3,0. Jeśli uwzględniona zostanie taryfa dedykowana pompom ciepła (G12w), oszczędności względem kotła gazowego wynoszą dla tej efektywności już ok. 100 zł miesięcznie. Podobny lub nawet większy efekt uzyskać można dzięki połączeniu pompy ciepła z instalacją fotowoltaiczną. Wzrost cen gazu ziemnego, np. na skutek dodatkowego podatku za emisję CO2, jedynie tę tendencję pogłębia.

Podsumowując, można wyraźnie stwierdzić, że z punktu widzenia klientów końcowych nie ma powodów, aby czekać na dalszy rozwój technologiczny pomp ciepła przed zdecydowaniem się na tę technologię. Na rynku dostępna jest cała paleta produktów zaspokajających indywidualne wymagania.

Czytaj też: Rosnąca popularność R744 nie tylko w instalacjach chłodniczych >>

Co zrobić, aby zwiększyć udział pomp ciepła w istniejących budynkach?

„A więc jest to możliwe, na co zatem czekamy?” – z technicznego punktu widzenia nie ma wielu powodów, aby nie instalować pomp ciepła w istniejących budynkach już dzisiaj. Z pewnością znalezienie odpowiedniego rozwiązania w niektórych przypadkach będzie trudniejsze niż w innych, ale nie zmienia to faktu, że pompy ciepła pracują poprawnie zarówno w budynkach nowych, jak i istniejących. Niestety wiedza ta nie jest jeszcze szeroko rozpowszechniona wśród najważniejszych grup zawodowych, a więc architektów, doradców energetycznych, projektantów oraz instalatorów.

Ostatnie miesiące, w których ukazywały się kolejne odcinki prezentowanej serii artykułów, były jednocześnie okazją dla autora do wielu rozmów z właścicielami domów chcącymi zmienić swój dotychczasowy system grzewczy. Treść tych rozmów często się powtarzała: inwestorzy byli przekonani do technologii pomp ciepła, ale mieli duże problemy ze znalezieniem odpowiednich fachowców chcących lub umiejących zainstalować pompę ciepła w istniejącym budynku. Sytuację tę należy uznać za godną pożałowania, a żeby ją zmienić, zmiany muszą się dokonać na wielu poziomach.

Rozwój technologiczny powinien pójść w kierunku szerszej palety produktów przeznaczonych dla istniejących budynków. Konieczne są przede wszystkim ustandaryzowane, kompleksowe rozwiązania umożliwiające szybką i możliwie niedrogą instalację. Obok takich kierunków dalszego rozwoju, jak optymalizacja efektywności, obniżanie poziomu hałasu czy przejście na czynniki robocze przyjazne środowisku naturalnemu, to właśnie redukcja kosztów powinna znaleźć się wśród priorytetów rozwojowych. Koszty inwestycyjne są obecnie niestety częstym kryterium wykluczającym pompy ciepła w procesie decyzyjnym. Kolejnym ważnym aspektem jest uproszczenie procesu instalacyjnego pomp ciepła. Pomogą w tym zapewne narzędzia i metody powiązane z cyfryzacją oraz zastosowaniem sztucznej inteligencji.

Właściwie na wszystkich rynkach, a w szczególności tych z szybkim rozwojem, kluczowym aspektem nie będzie technologia sama w sobie, ale dostępność siły fachowej. Rozwiązanie tego problemu wymaga działań na wielu płaszczyznach i należy podejść do tego długoterminowo. Już teraz konieczna jest odpowiednia oferta edukacyjna oraz szkoleniowa.

Poziom instytucjonalny odpowiedzialny jest za wysyłanie odpowiednich impulsów. Nowe, ambitne cele klimatyczne nie są możliwe do spełnienia bez żelaznej konsekwencji oraz odważnych decyzji. Stosunek cen kopalnych źródeł energii do energii elektrycznej musi ulec zmianie w celu wypromowania odpowiednich rozwiązań technologicznych. Przykładem takiego działania może być wprowadzony w Niemczech podatek od emisji dwutlenku węgla, podrażający użycie gazu ziemnego czy oleju opałowego. W przyszłości nie obejdzie się również bez ustawowych zakazów montowania czy stosowania niektórych technologii.

Celem serii „Pompy ciepła w istniejących budynkach” było odpowiedzenie na najważniejsze pytania związane z tym zastosowaniem pomp ciepła i obalenie często powtarzanych przesądów, bazując na faktach i doświadczeniu zebranym przez ostatnie 20 lat pracy naukowej jako podstawą do podejmowania decyzji zmierzających do neutralności klimatycznej w ogrzewaniu budynków. Jako autor mam nadzieję, że sprostałem tym ambicjom. Jednocześnie dziękuję wszystkim Czytelnikom za poświęcony czas oraz wiele rozmów i pozytywnych reakcji. Życzę wszystkim mającym wpływ na wybór rodzaju ogrzewania budynków w przyszłości więcej odwagi w stawianiu na technologię, która już jest gotowa do szerokiego zastosowania.

Powtarzając słowa z wcześniejszego cytatu: „Musimy działać szybko, aby sprostać tym wyzwaniom”.

Chcesz być na bieżąco? Zapisz się do naszego newslettera!