CZY POMPY CIEPŁA STANĄ SIĘ POPULARNIEJSZE NIŻ LODÓWKI?

02/04/2014 - 13:23
Instytut Rozwoju Energii Odnawialnej
fridges with heat pumps

Historia rozwoju pompy ciepła nierozerwalnie związana jest z historią rozwoju lodówki. W 1852 roku William Thomson (lord Kelvin) zaproponował praktyczny system pomp ciepła, który nazwał „pomnażaczem ciepła”. Następnie system pomp ciepła został udoskonalony i dopracowany w szczegółach przez inżyniera Austrii – Piotra Rittera von Rittinger, którego należy uważać za twórcę pompy ciepła. To właśnie on w 1855 roku zaprojektował pierwszą pompę ciepła. Jednak w praktyce nabyła ona swoje zastosowanie dużo później, tj. dopiero w latach 40 XX wieku, przy pomocy wynalazcy Roberta Webera. W 1912 roku w Szwajcarii został wydany patent na technologię pomp ciepła. Ich rozwój przypadł na lata 30 XX wieku, kiedy to w Anglii została zbudowana pierwsza pompa, przeznaczona do ogrzewania i zaopatrzenia w ciepłą wodę z wykorzystaniem ciepła otaczającego powietrza. W 1990 roku w USA została uruchomiona pierwsza pompa ciepła, którą zainstalowano w budynku połączonych kwater głównych oświetlenia w New Haven, stan Connecticut.

Pompa ciepła jest urządzeniem, które przekazuje ciepło od niskotemperaturowego źródła do środowiska o większej temperaturze, np. do systemu ogrzewania domu. Tym, co odróżnia pompę ciepła od innych źródeł ciepła jest możliwość wykorzystania nisko potencjalnej energii pobranej ze środowiska naturalnego (ziemi, wody, powietrza, ścieków) dla pokrycia potrzeb ciepła w czasie sezonu grzewczego, nagrzewania wody do zaopatrzenia w ciepłą wodę i ochłodzenia domu latem. Dlatego też pompa ciepła zapewnia wysokoefektywne zaopatrzenie w energię bez użycia gazu i innych węglowodorów.

Pompa ciepła jest zdolna do pobierania ciepła z kilku źródeł, np. powietrza, wody lub ziemi. W zależności od rodzaju ciepła i jego odbiornika, parownik i kondensator mogą być wypełnione jako wymiennik ciepła „powietrze-ciecz”, „powietrze-powietrze”, „ciecz-ciecz”. Zaletą systemu pomp ciepła typu „powietrze-powietrze” nad pompami typu „powietrze-woda” jest niższy koszt oraz niska temperatura spływu (temperatura mas powietrza, przechodzących przez wymiennik ciepła kondensatora). Pozwala to zapewnić większą wydajność, a więc wysoki poziom oddania ciepła.

Kilkadziesiąt lat temu pompy ciepła były bardzo kosztowne, dostępne tylko dla bogatej warstwy społecznej, ale wraz z rozwojem technologii stały się one bardziej dostępne dla wielu ludzi. Obecnie pompy ciepła, tak jak i kolektory słoneczne, są wykorzystywane do ocieplenia powierzchni i zaopatrzenia w ciepłą wodę.

W związku ze zmianami w polityce wielu państw, ukierunkowanej na ratunek sytuacji ekologicznej na Ziemi, większość krajów przeszła na ekologiczne rodzaje paliwa. W ten sposób pompy ciepła stały się jednym z alternatywnych rodzajów systemów grzewczych. Są one ekologicznie czystymi urządzeniami, gdyż podczas eksploatacji nie wydzielają produktów spalania i nie produkują odpadów produkcyjnych.

Wykorzystanie pomp ciepła dobrze rokuje na przyszłość w systemach łączonych, w połączeniu z innymi technologiami wykorzystania odnawialnych źródeł energii takich jak: energia słoneczna i wiatrowa, a także bioenergia, co pozwala osiągnąć najwyższe wskaźniki ekonomiczne. Zastosowanie pomp ciepła wnosi największy wkład w gospodarkę nieodnawialnych zasobów energii przy pomocy nietradycyjnych technologii energetyki.

Pompy ciepła dzięki swojej efektywności energetycznej dawno podbiły rynki USA, Chin, Japonii i krajów UE. Coraz częściej są one wykorzystywane w systemach grzewczych. Takie instalacje cieszą się dużą popularnością, dzięki czemu ludzie otrzymują nie tylko regularną dostawę ciepłej wody, ale też podgrzewane podłogi w domach.

Na dzień dzisiejszy na świecie pracuje ponad 10 milionów pomp ciepła o różnorodnej mocy – od kilku kW do setek MW. Według prognozy Światowego Komitetu Energetycznego do 2020 roku w krajach rozwiniętych udział ogrzewania i zaopatrzenia w ciepłą wodę za pomocą ciepła wyniesie nie mniej niż 75%. Świadczy to o tym, że w światowej polityce zmienia się strategia zaopatrzenia w ciepło: następuje przejście od tradycyjnego spalania paliwa organicznego do wykorzystania efektywnych technologii energetycznych dla przetwarzania ciepła z otoczenia lub odprowadzenia ciepła technicznego.

Co roku w USA produkuje się milion pomp ciepła. Przy budowie nowych budynków do ich ogrzania wykorzystywane są wyłącznie pompy ciepła. Norma ta była zatwierdzona przez federalne ustawodawstwo USA.

W Niemczech przewidziana jest dotacja państwa na montaż geotermalnych pomp ciepła, w wysokości 200 euro za każdy kW ustalonej mocy. W Szwecji pompy ciepła zapewniają 50% całkowitego ogrzewania. Natomiast w Sztokholmie geotermalne pompy ciepła zapewniają 12% całkowitego ogrzania miasta o łącznej mocy 320 MW.

Bazując na takim tempie wykorzystania pomp ciepła można założyć, iż w najbliższej przyszłości w każdym domu będzie ona zainstalowana. Będzie to tak oczywiste jak dzisiejsza obecność lodówki w każdym domu.

T.P.

Ludzie zawsze starają się znaleźć nowe źródła energii odnawialnej, więc nie jest zaskoczeniem, że są szczególnie zainteresowani wodą i jej wszechstronnością. W związku z tym wiele wysiłków zmierzało do pozyskiwania energii z potoku i energii falowej, które są określone jako okrągłe ruchy cząsteczek wody spowodowane przez wiatr, które przemieszczają powierzchnię wody przez tarcie.