Wielostopniowe pompy ciepła inicjują reakcję łańcuchową w sektorze ekologicznego budownictwa
Unia Europejska czyni znaczące starania, aby przeciwdziałać zmianie klimatu i ograniczyć emisję gazów cieplarnianych. Z uwagi na fakt, że istniejąca zabudowa odpowiada za znaczną część zużycia energii i emisji CO2, w ramach finansowanego przez UE projektu HAPPENING realizowane są działania służące zwiększeniu wskaźnika renowacji energetycznej, wynoszącego obecnie zaledwie 1%. Fundamentem projektu HAPPENING jest plan wdrożenia zdecentralizowanych kaskadowych układów pomp ciepła. Ta nowoczesna koncepcja łączy w sobie najlepsze aspekty zarówno centralnych, jak i indywidualnych systemów, dzięki czemu jest w stanie sprostać technicznym i nietechnicznym wyzwaniom związanym z modernizacją systemów energetycznych w budynkach. „Zdecentralizowany system pomp ciepła działa w oparciu o indywidualne pompy ciepła zainstalowane w poszczególnych gospodarstwach domowych, zamiast polegać wyłącznie na jednym systemie centralnego ogrzewania. Pozwala to na lepszą kontrolę nad zarządzaniem energią i jej wytwarzaniem, a także na zwiększenie sprawności”, zauważa koordynatorka projektu Irantzu Urkola Lekuona. Dzięki oddzieleniu wytwarzania energii od jej zużycia wdrożenie tego rozwiązania oferuje optymalizację kosztów produkcji centralnej pompy ciepła i efektywniejsze wykorzystanie energii elektrycznej wytwarzanej lokalnie, na przykład dzięki panelom fotowoltaicznym. „Dzięki wykorzystaniu technologii opracowanych w ramach projektu HAPPENING w budynkach, ich mieszkańcy mogą korzystać z zalet zarówno systemów centralnych, jak i indywidualnych”, dodaje Urkola. „Korzyści te obejmują wytwarzanie ciepłej wody o umiarkowanej temperaturze w godzinach szczytu, minimalizowanie strat ciepła dzięki instalacjom niskotemperaturowym oraz zapewnienie wszechstronności dzięki możliwości wyboru dowolnych ustawień dla każdego mieszkania i dostosowanie ich do potrzeb lokatorów”.
Dwustopniowa transformacja termiczna
W celu uzyskania optymalnej efektywności energetycznej i zapewnienia możliwości dostosowania ustawień dla każdego lokalu zdecentralizowany kaskadowy układ pomp ciepła składa się z dwóch etapów. W pierwszym etapie centralne aerotermalne pompy ciepła wytwarzają wodę o „neutralnej temperaturze” (20–30 °C), tworząc pierwszą przerwę termiczną. Ta woda o umiarkowanej temperaturze przechowywana jest w magazynie energii cieplnej działającym na poziomie centralnym, zapewniając tym samym większe możliwości sterowania całym systemem. Następnie trafia ona do poszczególnych mieszkań. W drugim etapie działające w sposób zdecentralizowany pompy ciepła, zainstalowane w każdym lokalu, podnoszą temperaturę z temperatury pierścienia (20–30 °C) do temperatury użytkowej, tworząc drugą przerwę termiczną. Na tym poziomie mieszkańcy mogą dobierać różne opcje konfiguracji, aby dopasować działanie instalacji do swoich potrzeb. „Opcje obejmują wykorzystanie mikropompy woda-woda w celu pozyskiwania ciepłej wody użytkowej w połączeniu z kilkoma mikropompami ciepła powietrze-woda do ogrzewania i chłodzenia pomieszczeń”, wyjaśnia Urkola. „Kolejną opcją jest zastosowanie pompy ciepła typu woda-woda zarówno do podgrzewania ciepłej wody użytkowej, jak i do ogrzewania pomieszczeń w połączeniu z niskotemperaturowymi promiennikami ciepła”. Działanie tego innowacyjnego dwustopniowego systemu zaprezentowano w trzech obiektach pilotażowych w Hiszpanii, Włoszech i Austrii. Przedstawiony system pomp ciepła może być zasilany energią wytwarzaną lokalnie ze źródeł odnawialnych, a jego działanie można zoptymalizować dzięki inteligentnemu systemowi zarządzania i sterowania. W trakcie trwania projektu uczestnicy opracowali mikropompy ciepła z czynnikiem chłodniczym R290 (propan) dla różnych konfiguracji w celu zaspokojenia określonych potrzeb na poziomie poszczególnych gospodarstw domowych. Możliwości oferowane przez tę innowacyjną technologię zaprezentowano na przykładzie włoskiej instalacji demonstracyjnej.
Potrójna wygrana: konfigurowalne pompy ciepła, lepszy system finansowania, łatwiejsza modernizacja
Zespół projektu opracował nowe modele finansowe i biznesowe, tym samym wprowadzając wiedzę ekspertów finansowych i innowacyjne modele finansowania do sektora modernizacji budynków mieszkalnych. Ponadto realizacja projektu HAPPENING umożliwiła pokonanie barier związanych z wiedzą i szkoleniami, zapewniając zasoby i narzędzia usprawniające cały proces modernizacji – od etapu planowania po wdrożenie i eksploatację. Celem tych prac było skuteczne zarządzanie ryzykiem związanym z różnicami w charakterystyce energetycznej między projektem a rzeczywistą instalacją, a także zmniejszenie złożoności procesów, nakładu pracy i ryzyka inwestycyjnego. Prace w ramach projektu HAPPENING wkrótce dobiegną końca, co zaowocuje opracowaniem wszechstronnego, skalowalnego i powtarzalnego rozwiązania. Opracowane w ramach tych prac rozwiązanie stanowi znaczący wkład w realizację unijnych celów w zakresie ochrony klimatu i dbania o ekologię terenów zabudowanych.
Słowa kluczowe
HAPPENING, pompy ciepła, modernizacja, ogrzewanie, woda o umiarkowanej temperaturze, dom, ciepła woda użytkowa, energia ze źródeł odnawialnych
