Chcesz wiedzieć więcej?:
W technologii WLHP chodzi o instalację zbudowaną w formie pierścienia (WL – water loop), który stanowi dolne źródło dla wodnych pomp ciepła (HP – heat pump), które ogrzewają lub chłodzą daną strefę obiektu, albo pomieszczenie. Co zatem jest tak przełomowego, a zarazem ciekawego w tej technologii? Otóż do tej pory było tak, że występująca jednocześnie potrzeba grzania i chłodzenia różnych pomieszczeń w tym samym budynku, wiązała się z zastosowaniem różnych urządzeń. To z kolei powodowało, że w czasie gdy jedna z części budynku ulegała przegrzaniu, na skutek zysku ciepła od urządzeń na przykład serwerów albo przez duże okna od południowej strony, to pomieszczenia skierowane na północ wymagały grzania. Każdy z tych procesów był realizowany osobno. Czyli grzanie „nie wiedziało” nic o potrzebie chłodzenia innych pomieszczeń w tym samym budynku i na odwrót.
Jak sprawdzić opłacalność inwestycji w nowoczesną technologię grzewczą? ; Analizy przedprojektowe efektywności energetycznej?
Tak więc z punktu widzenia ciepła i energii WLHP pozwala przestać ją wreszcie marnować. Jest w tym jednak jeszcze coś innego, nie mniej ważnego, a mianowicie to, że obieg taki korzysta podobnie jak tradycyjne układy, z wody jako medium grzewczego. To z kolei jest o tyle istotne, że woda ma dla zastosowań praktycznych, największą pojemność cieplną ze wszystkich substancji. To z kolei tworzy idealną możliwość stosowania WLHP w naprawdę dużych obiektach. Jest jeszcze wisienka na torcie, a w WLHP jest to wykorzystanie małych, pracujących niezależnie pomp ciepła, które ogrzeją lub ochłodzą wybrane pomieszczenia. Taki właśnie układ jest w stanie błyskawicznie odpowiedzieć na zmieniającą się potrzebę grzania lub chłodzenia w pomieszczeniach.
Ciepło i chłód bezkosztowo
Jak to jest w życiu, tak i tutaj nie ma róży bez kolców. W przypadku WLHP ograniczeniem będzie paradoksalnie sama technologia pomp ciepła. Ich specyfika działania jest taka, że najwyższą sprawność osiągają wtedy, gdy pracują przy niewielkiej różnicy temperatur. W WLHP różne pompy ciepła będą grzać i chłodzić, na co nie mamy wpływu, a nawet nie powinniśmy go mieć, bo to zależy od bieżących potrzeb w różnych pomieszczeniach. To oznacza jednak, że woda w pierścieniu, który je zasila, musi być stabilizowana temperaturowo na względnie stałym poziomie, na przykład pomiędzy 16 a 32 stopni Celsjusza. Niezależnie od tego, czy większość obiektu jest aktualnie grzana, czy chłodzona. To z kolei wymaga przepompowywania znacznych ilości wody, co zwiększa średnicę rurociągów, którymi krąży ona w pętli. Dopełnieniem układu WLHP są zewnętrzne źródła ciepła i chłodu, które pozwalają na uzyskanie w pętli wodnej stabilnej temperatury.
Reasumując, układy pomp ciepła WLHP (Water Loop Heat Pump) opierają się o zamkniętą pętlę wodną poprowadzoną wewnątrz budynku. Chodzi o wychwycenie i akumulację ciepła własnego budynku, to jest przekazanie go z pomieszczeń wymagających chłodzenia do pomieszczeń wymagających grzania. Takie działanie owocuje zachowaniem bilansu przy najniższym możliwym koszcie energii doprowadzonej z zewnątrz, czyli kupionej.
Mamy ostatnio do czynienia z prawdziwym wsypem różnych pomysłów na tanie wytwarzanie ciepła, głównie w Internecie. Nie odwołamy się w tym miejscu do linków do każdego z przykładów, ponieważ nie należą im się te dodatkowe kliknięcia. Pierwszy z brzegu przykład polega w uproszczeniu na wprawieniu dużej masy w ruch i zasilaniu silnika elektrycznego, który ją napędza energią, którą dostarcza prądnica, z nią samą połączona. Czytając poprzednie zdanie, to sami mamy wrażenie masła-maślanego, ale tak to właśnie miało działać. Taki obieg zamknięty, jak mogłoby się wydawać. Inny pomysł to kolejna już wariacja na temat urządzeń grzewczych elektrycznych opartych o nieco inne procesy generowania ciepła niż tradycyjna grzałka, czyli drut oporowy. W tym przypadku chodził o efekt mikrofalowy – znany z popularnych kuchenek.
Nowe, cudowne technologie
Każdemu z tych internetowych odkryć towarzysz spore zaciekawienie czytelników, połączone zazwyczaj z „a to widziałeś?” W komplecie bywa link i jakiś film na youtube. No cóż. „Nowe” technologie, z naciskiem na cudzysłów wokoło słowa nowe, zwykły pojawiać się ostatnio jak grzyby po deszczu. Większość z tych, które bywają zwodnicze, można rozpoznać już na pierwszy rzut oka po tym, że przyjmują takie uczone, mądre nazwy. Ma to na celu przyozdobić je niezasłużonym nimbem naukowości. Naga prawda jest jednak taka, że niezmiennie pozostają one osadzone w obszarze zjawisk fizycznych ograniczonych brutalnie przez rzeczywistość, czyli perpetuum mobile – nie istnieje.
Poprawność doboru pompy ciepła albo przedyskutowanie możliwości zastosowania hybrydowych źródeł ciepła?
Chodzi mi o odróżnienie urządzeń działających na naukowych podstawach od pomysłów, które w swoim założeniu mają udawać te pierwsze, ale tak naprawdę są zwodnicze. Jedno, czego nie zmienią żadne zabiegi, to zasady fizyki, które nadal, uparcie obowiązują. Każdy z tych pomysłów, reklamowany jako cudowna technologia, musi mieć i faktycznie ma deficyt energii, czyli daje jej mniej, niż pobiera. W tym też niczym nie różni się od zwykłej grzałki, czy czajnika, których sprawność jest w pobliżu jedności, czyli 99%.
Dużą natomiast zmiana, którą odczytujemy już jako pewną jest to, że czas innych źródeł energii, oprócz prądu elektrycznego, w Europie się kończy. Stąd różne pomysły na wykorzystanie właśnie energii elektrycznej jako podstawowego źródła ogrzewania. Urządzenia, które faktycznie dokładają do układu więcej energii niż prąd, który pobierają do swojej obsługi, to pompy ciepła i działają na zupełnie innej zasadzie. Europa będzie więc podążać ścieżką wytwarzania i magazynowania energii oraz zużywania jej w postaci prądu elektrycznego, zamiast gazu o węglu nie wspominam już w ogóle. Tyle że w dużej skali, czyli całego kontynentu.
Magazyn to zapas energii, z którego chcemy bądź wręcz musimy później skorzystać. Wyzwaniem jest zakumulowanie energii pozyskanej w lecie, kiedy mamy jej nadmiar, a wykorzystanie w zimie, kiedy jest deficyt. Pomysły są różne, na przykład magazyny energii elektrycznej, a więc akumulatory, pompy ciepła rozgrzewające obiekty o znacznej masie np. grunt znajdujący się pod budynkiem. Poza wykorzystaniem wirtualnego magazynu w sieci elektroenergetycznej, który wydawał się najbardziej oczywisty i do niedawna całkiem dostępny, nie ma łatwej możliwości magazynowania energii przez czas dłuższy niż kilka dni czy tygodni, a o pół roku można w ogóle zapomnieć.
Energia elektryczna
Potrzeba magazynowania stała się z racji konfliktu i rosyjskiej agresywnej polityki tematem bardzo na czasie. Kryzys energetyczny podkreślił też nowe definicje, o których wcześniej nikt nawet nie rozmawiał. Oprócz magazynu ciepła lub energii, jest także autokonsumpcja, czyli maksymalizacja zużycia, bez oddawania jej do sieci. Warto w tym miejscu zaznaczyć, że sieć elektro-energetyczna jako taka nie jest prawdziwym magazynem.
Jak sprawdzić opłacalność inwestycji w nowoczesną technologię grzewczą? ; Analizy przedprojektowe efektywności energetycznej?
Właśnie w kierunku ograniczenia jej wykorzystanie, czyli zwrotu do sieci, poszły zmiany w polskim prawie, które weszły w życie z początkiem kwietnia 2022 roku tj. zastąpienie net-metteringu przez net-billing. Chodzi o rozliczanie nadprodukcji energii na przykład z instalacji fotowoltaicznych. W tym pierwszym była możliwość wysyłania do wirtualnego magazynu w sieci, a później otrzymania z powrotem na przykład 70% (80% dla osób prywatnych) energii wyprodukowanej przez prosumenta. W drugim rozliczenie sprzedaży, a później zakupu, odbędzie się po różnych cenach. Poza wykorzystaniem wirtualnego magazynu w sieci elektroenergetycznej, który wydawał się najbardziej oczywisty, magazyny energii elektrycznej, a więc akumulatory umożliwiają magazynowanie na krótko, rzędu kilka dni czy tygodni.
Ciepło
Tutaj mówimy o pozyskaniu oraz zmagazynowaniu ciepła, z myślą o późniejszym wykorzystaniu. Interesującą opcją jest zawsze pozyskanie go z najwyższą możliwą sprawnością. Szczególnym przykładem takiego schematu będzie układ pomp ciepła, pracujący i ładujący bufor w ciągu ciepłego okresu dnia, a przekazujący energię do obiektu w czasie zimnej nocy.
Schemat ideowy takiego rozwiązania znajdziesz poniżej. Jak łatwo zauważysz, opiera się on na wykorzystaniu więcej niż jednej pompy ciepła, do piętrzenia temperatury oraz magazynowaniu go w zbiorniku akumulacyjnym. Układ zaczyna skutecznie działać, gdy pojemność takiego magazynu jest wystarczająco duża w odniesieniu do dobowego zapotrzebowania obiektu na ciepło. Dla przykładu zbiornik o pojemności 4m³ pozwoli zmagazynować około 100kWh energii.
Korzyść bierze się z podwyższonej sprawności pomp ciepła, które pobiorą energię z dolnego źródła, na przykład powietrza, w najlepszych, dostępnych aktualnie warunkach. Dodatkową zaletą jest także obecność samego bufora, która tworzy możliwość kierowania do niego i magazynowania, ciepła odpadowego pochodzącego również z innych procesów, które aktualnie pracują w obiekcie. Jak zawsze, cała sztuka polega na tym, aby zawracać i korzystać wielokrotnie z ciepła i energii, płacąc za nią tylko raz.
Dobowy magazyn ciepła i energii. Pozwala korzystać z tańszego źródła lub magazynować nadmiar ciepła pochodzący z odzysku, do wykorzystania np. w nocy.
Nie mniej ciekawym zagadnieniem jest magazynowanie ciepła w długim okresie czasu poprzez zakumulowanie energii pozyskanej na przykład w lecie, kiedy mamy jej nadmiar, a wykorzystanie w zimie, kiedy jest deficyt. Pomysły są różne, na przykład pompy ciepła rozgrzewające obiekty o znacznej masie np. grunt znajdujący się pod budynkiem.
Bilansowanie
Odpowiedź moim zdaniem leży jednak gdzie indziej, a mianowicie w efektywnym projektowaniu zasobów i gospodarowaniu nimi. Jak powtarzał Ginter Schlagowski, którego miałem przyjemność i zaszczyt poznać i od którego wiele się nauczyłem, „ciepła do ogrzewania [w budynku pasywnym – bo o tym rozmawialiśmy] potrzeba tak mało, że nawet nie opłaca się go mierzyć”. Wiedział, o czym mówi, bo poświęcił znaczną część życia na zgłębianiu możliwości podniesienia efektywności energetycznej, ze szczególnym uwzględnieniem budynków.