Ekologiczność pomp ciepła
Aby złagodzić skutki zmian klimatycznych niezbędna jest drastyczna redukcja emisji dwutlenku węgla. W ramach europejskiego „Zielonego Ładu” (»European Green Deal«) zaostrzono w ostatnim czasie cele redukcji CO2 do roku 2030 z 40% do 55%. Celem nadrzędnym jest neutralność klimatyczna do roku 2050. Wiele krajów zaostrza swoje plany do roku 2030, by ten cel udało się zrealizować. Na przykład w Niemczech, planuje się zmniejszenie emisji gazów cieplarnianych o 65% do roku 2030. Plany te potwierdzone zostały przez zdecydowaną większość krajów na szczycie klimatycznym w kwietniu tego roku, gdzie brak jednoznacznej polskiej deklaracji w kwestii neutralności klimatycznej odebrany został co najmniej jako niezrozumiały.
Dekarbonizacja sektora ogrzewania budynków jest jednym z podstawowych założeń, by osiągnąć cele redukcyjne. W tym celu konieczne jest działanie na dwóch frontach; po pierwsze, należy wzmożyć zabiegi termomodernizujące budynki, redukując przez to zapotrzebowanie na energię cieplną; a po drugie dokonać możliwie szybkiej transformacji technologii ogrzewania budynków, na takie które zapewniają znaczne ograniczenie emisji CO2, a w perspektywie neutralność klimatyczną.
Fot: Shutterstock
Jak duża jest redukcja emisji CO2 dzięki zastosowaniu pomp ciepła w porównaniu z innymi technologiami?
Pompy ciepła są dojrzałą technologią, która już dziś zastąpić może w większości przypadków systemy grzewcze bazujące na kopalnych źródłach energii, takich jak gaz ziemny, olej opałowy czy węgiel. Z tego powodu, pompy ciepła uważane są za centralny element przyszłościowego, neutralnego klimatycznie systemu energetycznego.
Redukcja emisji dwutlenku węgla dzięki zastosowaniu elektrycznych pomp ciepła zależy od dwóch współczynników – intensywności emisyjnej energii elektrycznej oraz efektywności pompy ciepła. Pierwsza z tych wielkości mówi w jak „czysty“ sposób wyprodukowana została energia elektryczna, czyli ile gram CO2 wyemitowane zostało do atmosfery przy produkcji jednej kilowatogodziny prądu. Wskaźnik ten jest wartością dynamiczną, zależy od pory roku lub nawet dnia oraz obszaru geograficznego. W obliczeniach używa się najczęściej jego średniej wartości rocznej.
Zgodnie ze statystyką Krajowego Ośrodka Bilansowania i Zarządzania Emisjami (KOBiZE), wskaźnik emisji dla odbiorców końcowych energii elektrycznej wyniósł w Polsce w 2019 roku 719 g CO2/kWh. Wartość ta maleje co roku, wraz ze wzrostem udziału odnawialnych źródeł energii oraz wzrostem efektywności elektrowni. Dla porównania wartość ta wynosi obecnie w Niemczech 401 g CO2/kWh (w roku 2020 po raz pierwszy udział energii odnawialnej w produkcji energii elektrycznej przekroczył 50%), a wartość średnia dla krajów EU28 leży poniżej 300 g CO2/kWh.
Poniższa grafika obrazuje redukcję emisji dwutlenku węgla dzięki zastosowaniu pomp ciepła w zależności od ich efektywności, w porównaniu z kotłem gazowym oraz kotłem węglowym. W przypadku kotła gazowego produkcja ciepłej wody użytkowej realizowana jest w 70% przez termiczny kolektor słoneczny. Analizę przeprowadzono dla obecnego stanu wskaźników emisji (Polska 2019) oraz stanu przewidywanego w roku 2030.
Biorąc pod uwagę dane z roku 2019, w porównaniu z kotłem gazowym wspomaganym termicznym kolektorem solarnym, pompa ciepła przyczynia się pozytywnie do redukcji CO2, jeśli jej efektywność jest na poziomie 3,0 lub wyższej. Warto wspomnieć, że jeśli założymy 20%-owy udział energii elektrycznej pochodzącej z własnej instalacji fotowoltaicznej, pozytywne efekty redukcji emisji CO2 uzyskiwane są już od efektywności 2,4.
Drugi przykład porównania redukcji emisji przeprowadzono dla pomp ciepła oraz kotłów spalających węgiel pod postacią „ekogroszku”. W tym przypadku pozytywne efekty redukcji emisji uzyskiwane są już od efektywności pomp ciepła na poziomie 1,9. Uwzględniając wyniki pomiarów monitoringowych opisane w czwartej części serii (link), w których powietrzne pompy ciepła uzyskały wartości średnie efektywności na poziomie 3,1, natomiast gruntowe pompy ciepła 4,1, redukcja emisji dwutlenku węgla w porównaniu z kotłem węglowym wynosi co najmniej 40%. Szczególnie w porównaniu z tego typu kotłami, pompy ciepła redukują oczywiście jeszcze jeden znaczący problem – lokalną emisję zanieczyszczeń pyłowych, popularnie zwanych smogiem.
Ostatnie z porównań przeprowadzone zostało dla wartości wskaźnika emisji energii elektrycznej w 2030 roku. Według przewidywań Komisji Europejskiej i „Międzynarodowej Agencji Energii Odnawialnej – IRENA“ zawartych w REMAP 2030, wartości wskaźnika dla Polski osiągną wartości na poziomie 420 g CO2/kWh. Przy takich emisjach nawet w porównaniu z kotłem gazowym, redukcja CO2 będzie możliwa już dla pomp ciepła działających z efektywnością 1,7, a więc dla wszystkich poprawnie działających instalacji.
Przedstawiona grafika podkreśla jeszcze jeden aspekt. Im wyższa efektywność pomp ciepła lub im niższe wartości wskaźników emisji energii elektrycznej, tym wolniej wzrasta potencjał redukcji CO2. Wyrażając ten efekt w liczbach – wzrost efektywności pompy ciepła w roku 2030 z wartości 2,5 na 3,5 (a więc o 1,0) powoduje wzrost redukcji o 20%. Taki sam wzrost efektywności, ale z wartości 3,5 na 4,5, oznacza jedynie wzrost redukcji o 11%. Jednocześnie same wartości redukcji są już na bardzo wysokim poziomie.
Nie należy jednak zapominać, że wraz ze wzrostem efektywności pomp ciepła maleje zapotrzebowanie na energię elektryczną, co zarówno pod względem kosztów dla użytkowników końcowych, jak i pod względem generalnej konieczności oszczędzania energii, jest bardzo ważnym aspektem.
Inaczej mówiąc, z czysto ekologicznej perspektywy efektywność pomp ciepła będzie z czasem maleć po początkowym szybkim wzroście ekologicznego zysku. Nie oznacza to jednak, że kwestia efektywności nie pozostanie ważna pod względem ekonomicznym. Zagadnienie to zostanie bardziej szczegółowo omówione w następnym odcinku serii.
Podsumowując, należy stwierdzić, że stosowanie pomp ciepła prowadzić będzie do znacznej redukcji emisji dwutlenku węgla w porównaniu z technologiami bazującymi na tak zwanych kopalnych źródłach energii, jak gaz ziemny czy węgiel. Zwiększenie udziału energii odnawialnej w krajowej produkcji energii elektrycznej będzie ten trend znacząco pogłębiać. Już teraz, w bilansie indywidualnym, pompy ciepła osiągają znacznie lepsze wyniki ekologiczne niż kotły gazowe wspierane kolektorami słonecznymi, jeśli uwzględni się produkcję prądu z własnej instalacji fotowoltaicznej. Wyniki efektywności pomp ciepła uzyskane w projektach monitoringowych pokazują, że pompy ciepła działają w sposób ekologiczny zarówno w budynkach nowobudowanych, jak i istniejących.
Autor: dr inż. Marek Miarka
Źródło: portpc.pl
Link do artykułu: https://portpc.pl/pompy-ciepla-w-istniejacych-budynkach-cz-7
Tagi: odwierty pod pompy ciepła | odwierty pompy ciepła | odwierty geotermalne | wiercenie pod pompy ciepła | wiercenie pompy ciepła | odwierty pompa ciepła