Czym są pierścienie grzewczo-chłodzące WLHP?
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.
Chcesz wiedzieć więcej?:
Na często zadawane pytanie, pompa ciepła czy kocioł gazowy, nie ma prostej odpowiedzi, ponieważ zależy ona od konkretnych warunków i możliwości. Można jednak pokusić się o odpowiedź przy pewnych założeniach brzegowych. Oto one:
Sprawność produkcji ciepła
- Sprawność dostarczania ciepła przez kocioł gazowy zmienia się, zależnie od temperatur zasilania oraz powrotu wody grzewczej wychodzącej z oraz powracające do kotła, w niewielkim zakresie. Dla przykładu kocioł kondensacyjny pracujący na wysokich parametrach tj. 80/50 stopni Celsjusza będzie miał 87% sprawność, a ten sam kocioł, przy niskich parametrach tj. 37/30 stopni Celsjusza osiągnie 98% sprawność. Temperatura zewnętrzna nie ma zatem bezpośredniego, ani dużego wpływu na sprawność kotła kondensacyjnego.
Jeśli masz pytanie z zakresu inżynierii, a nie znajdujesz zadowalającej odpowiedzi, lub potrzebujesz drugiej opinii, to konsultacje mogą pomóc.
- Sprawność pompy ciepła zależy silnie od warunków, w jakich pracuje. Im większa różnica temperatur pomiędzy miejscem, z którego ciepło pobiera, a do którego oddaje, tym mniejsza sprawność, czyli wyższy cena za pozyskanie ciepło. W takiej sytuacji spada również moc pompy, co oznacza, że wymaga ona wspomagania przez inne źródło ciepła np. grzałki elektryczne. Dla przykładu pompa ciepła korzystająca z powietrza zewnętrznego jako źródła będzie miała sprawność przy +12 stopniach Celsjusza na zewnątrz, grzejąc wodę do 35C, na poziomie COP=5,2 czyli 520%, a ta sama pompa przy -12 stopniach Celsjusza na zewnątrz, grzejąc wodę do 45C ma COP=1,8 tj. 180%.
Żywotność urządzeń
- Oczekiwana żywotność kotła będzie krótsza niż pompy ciepła. Wynika to z faktu, że w kotle gazowym dochodzi do spalania paliwa, wytwarzania spalin oraz kondensatu. To opiera się o szereg zjawisk fizycznych i reakcji chemicznych, do których dochodzi w komorze spalania, układzie spalinowym, odprowadzeniu kondensatu. Nie pozostaje to bez wpływu na żywotność urządzania. Producenci określają ją na około 15 lat, dla koła kondensacyjnego i 20 lat przy pompie ciepła.
- Poprawnie działający układ z pompą ciepła będzie niemalże bezobsługowy, a kocioł gazowy wymaga opieki i okresowych przeglądów. Wynika to z faktu, że pompa ciepła nie spala i nie przetwarza żadnego paliwa, dlatego w jej wnętrzu nie odkładają się np. osady — produkty przemian chemicznych. W kotle trzeba je okresowo czyścić. Dobrze działający kocioł kondensacyjny pozostawiony bez fachowego przeglądu na przykład przez 5 lat będzie w zasadzie nadawał się już do gruntownego remontu. Pompa ciepła po takim zaniedbaniu może nadal pracować, a jest to nawet możliwe, że zachowa się w jako takiej formie.
- Pompa ciepła wykorzystuje energię elektryczną do „pompowania” ciepła do budynku, daje tym samym możliwość zużycia prądu wyprodukowanego przez fotowoltaikę, do celów ogrzewania. Kocioł gazowy nie ma takiej możliwości.
Nasze rozwiązania lubimy prezentować w najprzydatniejszej dla Inwestorów formie, a mianowicie projektów wykonawczych.
- Pompa ciepła pracując w trybie rewersyjnym (chłodzi, zamiast grzać), może dostarczyć do budynku, na przykład w lecie, chłód zamiast ciepła. Oznacza to, że jest ona w stanie, po odpowiednim przygotowaniu instalacji wewnętrznych do jego odbioru (np. przez chłodzenie powierzchniowe), uczestniczyć w chłodzeniu budynku. Kocioł gazowy nie daje takiej możliwości.
Możliwości urządzenia
- Praca w nieoptymalnych warunkach, na przykład przy niskim odbiorze ciepła przez budynek, drastycznie skróci żywotność głównego elementu pompy ciepła, jakim jest sprężarka. Dzieje się tak dlatego, że pompa jest zmuszana do wyłączenia, zanim osiągnie prawidłowe parametry pracy oraz ponownie załączana po krótkiej przerwie (tzw. taktowanie). Prowadzi to do przegrzewania głowicy sprężarki, a w konsekwencji przedwczesnego jej zużycia. Konstrukcja kotła gazowego sprawa, że jest on mniej wrażliwy na uszkodzenia spowodowane przez krótkie cykle pracy.
- Kocioł gazowy jest gotowy do pracy w pełnym spektrum swoich możliwości niezależnie od warunków. To znaczy, że może szybko dostarczyć dużą ilość ciepła, podgrzewając wodę jednocześnie do wysokiej temperatury, na przykład przy intensywnym przygotowywaniu ciepłej wody użytkowej. Szczególnie odczuwalne jest to w sytuacji gdy użytkownicy korzystają z kąpieli jednocześnie lub jeden po drugim. Pompa ciepła dostarcza ciepło spokojniej i najsprawniej przy niskich temperaturach wody grzewczej.
Cena za gaz i prąd
- Jeżeli lokalnie dostępny jest gaz przewodowy (ziemny), to nadal ekonomicznie wartym rozważenia będzie korzystanie z kotła gazowego kondensacyjnego, ponieważ relacja ceny urządzeń do kosztu energii pozostaje korzystna. Obowiązuje to nadal (na rok 2023) dla odbiorców indywidualnych, ponieważ zakładamy, że korzystają oni z cen regulowanych przez Urząd Regulacji Energetyki, a więc niższych niż rynkowe. Dla odbiorców przemysłowych, czyli firm, ta zależność nie będzie już taka oczywista i zależy mocno od faktycznego zużyci oraz stawek za energię. Stan aktualny obiektu należy na bieżąco śledzić. Polecamy to robić przy pomocy EnobCRM, czyli uporządkowanego systemu do oszczędzania ciepła i energii. Reasumując, kocioł kondensacyjny będzie tańszy w zakupie od równoważnego rozwiązania z pompą ciepła (przeciętnie cena całkowita zakupu rozwiązania z pompą ciepła będzie około trzykrotnie wyższa od kotłowni gazowej). Ponadto, różnica w cenie dostarczonego ciepła jest na tyle niewielka, że przy obecnych cenach, że należy zakładać jak wyżej.
To, co znajduje się powyżej to krótkie podsumowanie zalet i wad, jakie posiadają pompa ciepła czy kocioł gazowy. Nie wyczerpuję ono w żadnym wypadku bogatego wachlarza możliwości konfiguracji źródeł ciepła dla budynków.
Odpowiedź na to pytanie sugerujemy zacząć od odwołania się do tabeli przedstawiającej zużycia ciepła i energii w różnego rodzaju obiektach w zależności od okresu ich budowy. Tabela (link poniżej), wraz z instrukcją korzystania można pobrać na przykład podczas zapisywania się do newslettera Enob.eu
Wyniki, dla różnych budynków, wraz z komentarzem odnośnie sposobu korzystania, w formacie PDF lub XLSX?
Kilka słów komentarza odnośnie zawartości tabeli, ze szczególnym naciskiem i odniesieniem do budynków użytkowych, komercyjnych oraz biur należałoby rozpocząć od rozróżnienia pomiędzy energią użytkową a końcową.
Mając powyższe za sobą, zauważamy w pierwszej kolejności trend związany z rosnącą potrzebą chłodzenia budynków, który ze szczególną intensywnością dotyczy właśnie biur. Wynika to z tego, że praca w nich, o ile pracownicy biurowi zdecydują się do nich przyjść zamiast pracy zdalnej, oczywiście, odbywa się zwykle w godzinach, które pokrywają się z maksymalnymi zyskami od słońca, w więc tuż przed i po południu. Tak więc o ile mniej ciepła potrzebujemy do ich ogrzania, o czym jeszcze za chwilę, o tyle energia potrzebna do ich chłodzenia weźmie górę nad ogrzaniem. Oczywiście dla porządku dodamy od razu, że budynki pasywne czy zeroenergetyczne mają tak dalece posunięte ograniczenie strat ciepła przez przegrody, że oświetlenie zużywa w nich jej więcej niż ogrzewanie i chłodzenie razem wzięte!
Inną ważną zmianą, o której właściwie nie da się zapomnieć, gdyż jest o tym głośno w każdym medium jest ogólny trend odchodzenia od paliw kopalnych. Głównym „narzędziem” do uzyskania redukcji ich zużycia są każdego rodzaju pompy ciepła. Co widać, to przy ich zastosowaniu spada 2-3 krotnie ilość potrzebnej energii końcowej, przy tej samej ilości energii użytkowej. Może nie brzmi to jakoś przesadnie euforycznie, ale jest to decydująca zmiana z punktu widzenia chociażby polityków, ale również lokalnego środowiska naturalnego. Dla porządku zauważmy, że dla użytkownika ta zmiana może być mniej czytelna, bo osadzona w twardych ekonomicznych realiach polityki cen energii, o czym piszemy w części dotyczącej wyboru źródeł ciepła.
Jaka będzie optymalna ścieżka postępowania, gdy chodzi o obniżenie zapotrzebowania na ciepło i energię dla Nowego Budynku?
Nie mniej ciekawym zjawiskiem jest zmiana w ogólnym zapotrzebowania na ciepło w odniesieniu do potrzeby ogrzewania i wentylacji w budynkach. Na przykładzie tego rodzaju obiektów widać spadek z 36 kWh/m2/rok w budynkach niskoenergetycznych w pobliże 4 kWh/m2/rok w budynkach zeroenergetycznych, a więc o około 90%. Wynika z tego, że dalsza redukcja w tym obszarze właściwie nie będzie możliwa. A to prowadzi do następnego spostrzeżenia odnośnie obiektów o radykalnie ograniczonym zużyciu energii, że ich bilans energetyczny będzie zerowy, albo wręcz dodatni, czyli będą przekazywać jej do sieci więcej, niż pobierają.
Ujmiemy to następująco, w ramach ograniczenia zużycia energii, z niektórych jego składowych nie sposób zrezygnować na przykład podgrzewania ciepłej wody. Fizycznie nie jest również możliwe zejście z zapotrzebowaniem np. energii na ogrzewanie poniżej zera. Jednak, stosowanie technologii, które dodają do układu więcej ciepła lub energii niż kosztuje ich praca (odbywa się to oczywiście kosztem jej doprowadzenia z zewnątrz np. pompa ciepła z powietrza albo fotowoltaika z promieniowania słonecznego) powoduje, że będziemy mieć do czynienia z budynkami biurowymi, które nie tylko bilansują własne potrzeby, ale również oddają energię do sieci. Tym samym poprawiają słupki w prezentacjach polityków, czyli osób, które decydują o ekonomicznych przesłankach, czyli dalszej ekonomicznej opłacalności tego zjawiska.
Oszczędność, a szerzej korzystanie z energii krąży, w okuł kilku składowych tego tematu. Są nimi takie elementy jak kupowanie np. gazu lub własna produkcja energii elektrycznej (z instalacji fotowoltaicznej), jest potrzeba jej zmagazynowania i ostatecznie jest sposób, w jaki ją zużywamy. Wszystkie one zależą tak naprawdę od znalezienia odpowiedzi na najważniejsze pytanie, a mianowicie ile ciepła, energii jest nam naprawdę potrzebne?
Niemarnowanie ciepła
Z gorących przykładów redukcji zużycia, a konkretniej niemarnowania energii, jest wykorzystanie ciepła z miejsc, w których mamy go w nadmiarze, przy pomocy pomp ciepła. To rozwiązanie połączone z możliwością krótkoterminowego magazynowania znacznych ilości energii pozwala chłodzić i grzać jednocześnie. Dzieje się tak, ponieważ woda ma dużą pojemność cieplną (znacznie większą niż materiały budowlane, a nawet żelazo). Takie wykorzystanie nie marnuje energii, tylko ją przemieszcza pomiędzy konkretnymi strefami w budynku. Dlaczego to jest takie ważne? Ponieważ w klasycznym rozwiązaniu grzano i chłodzono, zużywając energię na każde z osobna.
System energetycznego wczesnego ostrzegania. Długofalowa weryfikacja nastawiona na trwałe obniżanie zużycia, a co za tym idzie kosztu użytkowania obiektów?
Prosto czyli lepiej
Można roboczo założyć, że każdy stopień obniżenia temperatury w pomieszczeniach w zimie, albo podwyższenia w lecie, przekłada się na 3% do 5% mniejsze zużycie energii. Arcyciekawym spostrzeżeniem jest kapitalna obserwacja amerykańskiego guru od efektywności energetycznej, profesora Amory Lovinsa. Wskazał on, że poprawne ułożenie i większe średnice przewodów, którymi prowadzi się ciepło, chłód oraz powietrze w budynku, stwarzają możliwość ograniczenia kosztu ich pompowania nawet o 97%. Oczywiście to nie koniec, bo żeby uświadomić sobie w pełni potencjał tylko tej jednej możliwości oszczędzenia, to jak dodaje profesor, wykonanie tego na skalę światową ograniczyłoby zużycie prądu o 20%. To z kolei wyłączyłoby z dnia na dzień połowę wszystkich elektrowni opalanych węglem na całym świecie.
Jak trwale obniżyć koszty, czyli zasada kija
W skali pojedynczego obiektu, chociaż nie tylko tam, obowiązuje zasada, którą roboczo określamy „zasadą kija”. Otóż kij, jak to kij, każdy ma dwa końce. Tak, faktycznie, może być też „proca”, ale w tym przykładzie pozostajemy przy modelu uproszczonym, a więc niech ten kij ma dwa, a nie na przykład trzy końce. Zakładamy zatem i to jest kluczowe, że na jednym końcu znajduje się cena za energię, czyli to ile trzeba zapłacić za każdą kWh. Cenę podyktuje rynek, operator systemu energetycznego, każdy tylko nie Użytkownik. Na drugim natomiast jest coś, na co mamy realny wpływ. Znajduje się tam bowiem jej zużycie, czyli konkretna ilość, tyle ile jej potrzeba – czasem mniej, a czasem więcej. Tutaj dochodzimy do meritum, którym jest zawsze aktualna zasada, że najtańsze jest to, czego nie musimy kupić. Tak więc w odniesieniu do energii będą to działania wpływające na trwałe obniżanie zapotrzebowania na energię obiektów, czyli wszystko, co przybliża do na przykład budynku pasywnego. Najkorzystniej będzie oczywiście oddziaływać na oba końce tego kija jednocześnie, czyli kupować tanio oraz mało. Wtedy wartość będzie zawsze najniższa. W realnym świecie nie mamy zwykle takiego komfortu. Pozostaje zatem drugie najkorzystniejsze działanie, czyli redukować zapotrzebowanie na energię, tak aby nawet przy wysokich cenach rachunek pozostał trwale niewielki. Reasumując, najkorzystniejszą inwestycją w dobie niepewności i drożejącej energii będzie zawsze inwestycja w jej niezużywanie.