Ogrzewanie XXI wieku - ekogrzanie

Szczegóły
Kategoria: Ekologia i środowisko

Tradycyjne sposoby ogrzewania budynków oraz wody użytkowej wiążą się nie tylko z niestabilnymi (rosnącymi) cenami nośników energii (węgiel, pelet, gaz), ale także z trudnościami sprostania wciąż zaostrzającym się przepisom proekologicznym związanym z ograniczeniami emisji gazów i szkodliwych substancji. Jednym z urządzeń, które pozwala rozwiązać te problemy jest pompa ciepła. Jest ona coraz częściej stosowana do ogrzewania domów nie tylko w miastach i na ich obrzeżach, ale także na wsi, gdzie zastosowanie tej nowoczesnej techniki, daje największe pole do popisu, bowiem pozwala nie tylko ogrzać własny dom, ale także budynki gospodarcze lub odzyskać energię odpadową.

Drogo - nie drogo

Sceptycy widzą w pompie ciepła „drogą fanaberię dla bogatych i leniwych”. Prawdą jest, że instalacja pompy ciepła (z wyposażeniem całej kotłowni) to koszt 30-40 tysięcy złotych. To nie mało. Jednak należy pamiętać, że  jest to inwestycja na lata, a w dłuższym okresie czasu okazuje się, że pompa "oddaje" zainwestowane w nią pieniądze poprzez niższe koszty eksploatacji i bardzo korzystny stosunek ilości wyprodukowanego ciepła do pobranej energii elektrycznej. Posłużmy się konkretnym przykładem. Pompa zainstalowana w domu o powierzchni około 270 metrów kwadratowych, zamieszkiwanego przez siedmioosobową rodzinę, w ciągu 11 miesięcy na przełomie roku 2019 i 2020 zużyła energię elektryczną za kwotę około 3000 złotych. Ciepło wykorzystywane było zarówno do ogrzewania wody użytkowej jak i do ogrzania domu. Na stosunkowo niskie koszty wpływ miało także zastosowanie ogrzewania podłogowego zamiast tradycyjnych kaloryferów. Dzięki temu temperatura wody służącej do ogrzewania budynku była stosunkowo niska, pozwalała utrzymać w budynku temperaturę między 22 a 24 st. C. 

Energia z powietrza

Najbardziej rozpowszechnionym rodzajem pompy jest typ woda-powietrze. Jest ona stosunkowo niedroga oraz prosta i szybka w instalacji, a dzięki automatyce, prawie bezobsługowa. Pracuje na zasadzie "odwróconej" lodówki. Energia z powietrza jest odzyskiwana na parowniku, konstrukcyjnie podobnym do chłodnicy samochodowej. Powoduje ona, że czynnik chłodniczy będący w obiegu pompy, przechodzi ze stanu ciekłego poprzez wrzenie do stanu gazowego. Następnie gaz przechodzi do sprężarki, która zwiększając jego ciśnienie z kilku do kilkudziesięciu barów jeszcze bardziej podnosi jego temperaturę (80-90st.C). Tak "przygotowany" gorący gaz wędruje do wymiennika, gdzie oddaje swoją energię wodzie będącej w obiegu grzewczym domu. Po wykonaniu pracy, zmniejszeniu ciśnienia i skropleniu, powraca do kolejnego cyklu. Minusem tego rozwiązania jest wrażliwość na wahania pogodowe. Pompa typu woda-powietrze najlepiej pracuje w temperaturach dodatnich i niewielkiego mrozu. Gdy temperatura powietrza spadnie poniżej 10 st. C wymaga ona wspomagania grzałką elektryczną. Ponadto odzyskiwanie ciepła z powietrza przy niskich temperaturach powoduje pokrywanie się parownika szronem i lodem. Jest to zjawisko normalne, ale obniża efektywność poboru ciepła z powietrza i w konsekwencji obniża sprawność pompy. W związku z tym, w celu cyklicznego rozmrażania parownika, w instalacji niezbędny jest buforowy zbiornik ciepłej wody, z którego pompa ciepła będzie mogła pobrać energię do usunięcia oblodzenia parownika. 

Energia z gruntu

Nieco bardziej skomplikowanym, ale za to stabilnym rozwiązaniem (nie narażonym na zmiany pogodowe, co przy obecnej huśtawce klimatycznej może mieć znaczenie) jest pompa ciepła pozyskująca energię geotermiczną, zakumulowaną w gruncie. Sam cykl pozyskiwania energii jest bardzo podobny do opisanego wyżej, z tą różnicą, że funkcję parownika sprawuje tu kolektor "zanurzony" w gruncie. Kolejną zaletą pompy gruntowej jest jej tańsza eksploatacja w stosunku do powietrznej, ale sama instalacja i budowa jest nieco kosztowniejsza. Są dwa rodzaje pomp gruntowych: o układzie poziomym i pionowym. Na decyzję o wyborze rodzaju kolektora ma wpływ  wielkość i sposób zagospodarowania działki. Do wykonania poziomego wymiennika potrzeba kilkuset metrów kwadratowych gruntu, najlepiej dobrze nasłonecznionych i przepuszczających wodę. Należy też pamiętać, aby w przyszłości nie sadzić tam roślin, których korzenie mogłyby uszkodzić kolektor, najczęściej położony na głębokości od półtora do dwóch metrów. Do wykonania kolektora pionowego wystarczy kilkadziesiąt metrów kwadratowych, jednak koszt takich odwiertów jest wyższy niż w przypadku wymiennika poziomego. Spośród tych dwóch rozwiązań więcej zalet posiadają sondy pionowe, które pracują w korzystniejszych warunkach temperaturowych (odwierty do głębokości 150-200 metrów) i wychłodzenie, czy nawet przemarzanie wierzchnich warstw gruntu w zimie, kiedy zapotrzebowanie na moc grzania jest największe, nie wpływa na wydajność pompy ciepła. Główną wadą tego układu jest stosunkowo wysoki koszt wiercenia, który mieści się w granicach od 100 do 130 zł za metr głębokości. Koszty zakupu i montażu takiej instalacji mogą więc wynieść ok. 50 tys. zł i więcej. Decyzja o zamontowaniu pompy ciepła wymaga zawsze precyzyjnego rachunku ekonomicznego.

Za pomocą podobnej instalacji można też pozyskiwać energię z wody. Wykonuje się wówczas dwie studnie głębinowe. Z pierwszej (tzw. czerpnej) pobierana jest woda, z której pompa pozyskuje ciepło. Następnie woda odprowadzana jest do drugiej studni – zrzutowej. Można też wykorzystać staw czy inny zbiornik wodny, wiercenie studni nie jest wówczas konieczne. Dolnym źródłem może być woda pobierana z dna zbiornika.

Woda, jako dolne źródło, zapewnia pompie ciepła wysoką efektywność, wymaga jednak nakładów finansowych związanych z eksploatacją i utrzymaniem sprawności systemu. Chodzi przede wszystkim o wymianę filtrów, oczyszczających wodę. Dlatego w Polsce wciąż większą popularnością cieszą się pompy ciepła pozyskujące energię z gruntu.

„Kupa ciepła”

Jeszcze innym rozwiązaniem jest odzyskiwanie ciepła odkładowego. Wyjaśnimy to na przykładzie wykorzystania gnojowicy wytwarzanej przy hodowli trzody chlewnej. Jest ona nie tylko pożądanym nawozem, ale może być także doskonałym dolnym źródłem energii dla pomp ciepła, ponieważ jej temperatura jest stale wyższa niż otoczenie. Głównym składnikiem gnojowicy jest w 90-92 procentach woda o temperaturze bliskiej 20°C. Oszczędności wynikające z zastosowania tego typu rozwiązania wynikają z faktu, że z jednego metra kwadratowego kanału gnojowicy można odzyskać 30 W energii cieplnej. Oznacza to, że przy 500 m kw. kanału gnojowicy odzyskuje się 15 kW energii, co przy zastosowaniu pompy ciepła daje co najmniej 20 kW. Jest to wystarczająca ilość energii potrzebna do ogrzania budynku mieszkalnego hodowcy.

Odzysk ciepła z gnojowicy przez pompę ciepła przynosi także wiele wymiernych korzyści, zarówno ekonomicznych jak i środowiskowych. Odzysk energii z  gnojowicy powoduje jej schłodzenie, a w takich w warunkach wolniej przebiegają procesy gnilne i tworzenie się gazów, takich jak: metan, dwutlenek węgla, siarkowodór czy amoniak. Ponadto nie wpływa w żaden negatywny sposób na zwierzęta hodowlane. Podobnie jak opisane wyżej, tak działająca instalacja nie emituje zanieczyszczeń i praktycznie nie wymaga dozoru. Ponadto charakteryzuje się stabilną pracą niezależnie od warunków atmosferycznych, co wpływa na poprawę komfortu pracy rolnika.

Oprac. Rafał Karpiński

Źródła:

Submit to FacebookSubmit to Google PlusSubmit to Twitter