Potrójna wydajność, potrójna ekologia: nowatorskie systemy zaspokajające potrzeby energetyczne budynków wielorodzinnych
W ramach finansowanego przez UE projektu TRI-HP dwunastu partnerów połączyło siły w celu opracowania innowacyjnych systemów trigeneracji. Ich celem było opracowanie przyjaznych dla środowiska, przystępnych cenowo systemów energetycznych dla budynków mieszkalnych poprzez połączenie pomp ciepła, energii słonecznej i urządzeń magazynujących energię, tak by mogły wykorzystywać 80 % energii odnawialnej wyprodukowanej w 100 % samodzielnie na miejscu.
Od syntetycznych do naturalnych czynników chłodniczych
Zdając sobie sprawę ze szkodliwego wpływu syntetycznych czynników chłodniczych — stosowanych od lat 30. XX wieku i obarczanych winą za zubożenie warstwy ozonowej, globalne ocieplenie i zagrożenia dla zdrowia — zespół poszukiwał przyjaznych dla środowiska alternatyw. Będące podstawą działania pomp ciepła, zrównoważone naturalne czynniki chłodnicze są niezbędne do zminimalizowania wpływu tych urządzeń na środowisko. Koordynator projektu Daniel Carbonell podkreśla, że naturalne czynniki chłodnicze (węglowodory, woda, amoniak i dwutlenek węgla) stanowią najbardziej niezawodne rozwiązanie dla pomp ciepła w perspektywie długoterminowej. Mając to na uwadze, uczestnicy projektu TRI-HP opracowali dwie pompy ciepła wykorzystujące propan i jedną zasilaną dwutlenkiem węgla. Badacze opracowali dwie przełomowe koncepcje dostarczania odnawialnego ciepła do urządzeń – system oparty na energii słonecznej i zawiesinie lodowej wykorzystujący metodę przechłodzenia oraz podwójny układ źródło-odbiornik.
System pomp ciepła wykorzystujący ciepło z gruntu i otoczenia
Układ podwójnych odwracalnych pomp ciepła typu źródło-odbiornik wykorzystuje propan jako czynnik chłodniczy. Rozwiązanie to zostało zaprojektowane z myślą o wykorzystaniu dwóch odnawialnych źródeł ciepła (gruntu i powietrza otoczenia) w parowniku pompy ciepła w celu zapewnienia ogrzewania. Te same źródła służą również jako odbiorniki ciepła spełniające wymagania w zakresie chłodzenia. Mówiąc prościej, taki układ pomp ciepła może skutecznie przełączać się między wykorzystaniem ciepła z gruntu i ciepła z otoczenia, w zależności od tego, które źródło sprawdzi się lepiej w danym momencie. Kluczową zaletą tego podwójnego układu jest zmniejszenie konieczności wykonywania wielu odwiertów na terenie Europy Środkowej.
Wykorzystanie energii słońca i magazynowanie ciepła w lodzie
Układ wykorzystujący energię słoneczną i zawiesinę lodową stanowi zrównoważone rozwiązanie do ogrzewania budynków, które pozwala także na ich bezpłatne chłodzenie, tym sposobem omijając pewne ograniczenia tradycyjnych systemów opartych na gruntowych pompach ciepła. Wykorzystując kolektory słoneczne i magazyny lodu, system gromadzi energię słoneczną w miesiącach letnich i magazynuje ją topiąc lód, aby dzięki temu zapewnić ogrzewanie w zimie. Zimą system częściowo się ładuje i rozładowuje każdego dnia, co ma na celu zrekompensowanie okresów bez wystarczającego nasłonecznienia, takich jak noc. „Znaczącym przełomem było opracowanie koncepcji zawiesiny lodowej, która wykorzystuje metodę przechłodzenia i powłoki antyoblodzeniowe. Ta innowacja pozwala na eliminację wewnętrznych wymienników ciepła z magazynu lodu, co prowadzi do znacznego obniżenia kosztów instalacji systemu”, zauważa Carbonell. „Po raz pierwszy w Europie udało się wykazać w warunkach laboratoryjnych działanie pompy ciepła wykorzystującej przechłodzoną zawiesiną lodową, co stanowi kamień milowy w rozwoju tej technologii”, dodaje Carbonell. „Nasze symulacje dowodzą, że systemy oparte na energii słonecznej i lodzie mogą osiągnąć wyższą sprawność przy kosztach porównywalnych do cen najnowocześniejszych gruntowych pomp ciepła, przy czym oferują kilka dodatkowych korzyści”.
Podwaliny pod zrównoważoną przyszłość energetyczną budynków mieszkalnych
Naukowcy opracowali otwartoźródłową platformę symulacyjną, nazwaną pytrnsys, która umożliwia ocenę kosztów i potencjału energetycznego rozwiązań opracowanych w ramach projektu TRI-HP w odniesieniu do całej Europy. System wykorzystujący energię słoneczną i zawiesinę lodową zasilany propanem charakteryzuje się wysokimi rocznymi współczynnikami wydajności na poziomie około 4, co przekłada się na poprawę efektywności energetycznej gruntowych pomp ciepła o 5–8 % w wybranych miastach. Uśrednione koszty wytworzenia energii wahały się od 16 do 26,7 euro za kilowatogodzinę, w zależności od lokalizacji. Wiele wskazuje na to, że innowacyjne systemy trigeneracji opracowane w ramach projektu TRI-HP, wykorzystujące naturalne czynniki chłodnicze i źródła odnawialne, utorują drogę do bardziej ekologicznej przyszłości w zarządzaniu energią w budynkach mieszkalnych.
Słowa kluczowe
TRI-HP, pompa ciepła, naturalne czynniki chłodnicze, systemy trigeneracji, chłodzenie, ogrzewanie, zasilanie, budynki mieszkalne, magazynowanie energii
