Elastokaloryki w fazie badań. Czy zastąpią pompy ciepła w budynkach?
W obliczu rosnących kosztów energii, zaostrzających się wymogów klimatycznych i zmieniających się regulacji coraz więcej gospodarstw domowych oraz firm poszukuje nowych, bardziej efektywnych i stabilnych sposobów ogrzewania budynków. Kluczowe stają się dziś rozwiązania, które łączą bezpieczeństwo energetyczne, przewidywalność kosztów i mniejszy wpływ na środowisko, a jednocześnie dają użytkownikom elastyczność w długim horyzoncie czasowym.
W ostatnim czasie w polskich mediach pojawiły się informacje sugerujące, że elastokaloryczne pompy ciepła mają osiągać nawet kilkukrotnie wyższą efektywność niż obecnie stosowane sprężarkowe pompy ciepła i w niedługim czasie mogą je zastąpić. Polska Organizacja Rozwoju Technologii Pomp Ciepła (PORT PC) wskazuje jednak, że doniesienia te nie dotyczą rozwiązań gotowych do ogrzewania budynków, lecz wyników wczesnych badań laboratoryjnych oraz symulacji komputerowych prowadzonych w warunkach idealizowanych.
Jak podkreśla PORT PC, elastokaloryki są przedmiotem badań naukowych, jednak na obecnym etapie nie mają zastosowania w systemach grzewczych budynków. Dotychczasowe prace koncentrują się głównie na potencjalnym wykorzystaniu tej technologii w chłodzeniu, a nie w ogrzewaniu.
Skala prototypów nieporównywalna z urządzeniami rynkowymi
Elastokaloryczne pompy ciepła wykorzystują zjawisko zmiany temperatury stopów niklowo-tytanowych (NiTi) podczas ich cyklicznego odkształcania. W Europie, w tym m.in. w Niemczech, prowadzone są badania nad tą technologią, jednak dostępne obecnie prototypy osiągają moc grzewczą na poziomie kilku watów.
PORT PC zwraca uwagę, że jest to skala porównywalna z niewielkimi urządzeniami wentylacyjnymi, podczas gdy pompy ciepła stosowane w budynkach mieszkalnych muszą zapewniać moc rzędu kilku do kilkunastu kW i pracować stabilnie przez tysiące godzin rocznie. Oznacza to zasadniczą różnicę między technologią laboratoryjną a rozwiązaniami stosowanymi w praktyce.
Elastokaloryki dalekie od potrzeb budownictwa
Stan wiedzy na temat elastokalorycznych pomp ciepła podsumowuje analiza opublikowana przez jedną z duńskich uczelni. Autor opracowania – dr Hicham Johra z Aalborg University – przeanalizował ponad 160 publikacji naukowych i ponad 300 wyników eksperymentów.
Z przytoczonego przez PORT PC raportu wynika, że obecne prototypy elastokaloryków nie spełniają wymagań rynku ogrzewania budynków. Przy typowych dla tego zastosowania różnicach temperatury źródeł ciepła wynoszących 20–35 K, współczynnik efektywności COP badanych urządzeń mieści się w przedziale około 1–2. Sprawność względem idealnego, odwróconego obiegu Carnota nie przekracza 20 proc., a moc grzewcza wynosi zazwyczaj od 1 do 30 W, sporadycznie dochodząc do około 100 W.
Dla porównania, jak wylicza PORT PC, sprężarkowe pompy ciepła osiągają w tych samych warunkach COP na poziomie 3–6, sprawność rzędu 40–60 proc. względem obiegu Carnota oraz oferują szeroki zakres mocy – od kilku kilowatów do kilkudziesięciu megawatów – przy żywotności sięgającej 20–25 lat.
Symulacje komputerowe a rzeczywiste pomiary
PORT PC podkreśla, że informacje o rzekomo „pięciokrotnie wyższej wydajności” elastokaloryków odnoszą się wyłącznie do wyników symulacji komputerowych. Modele te analizowano w bardzo wąskich zakresach temperatury, często przy różnicach wynoszących jedynie kilka kelwinów, oraz w warunkach nieuwzględniających strat ciepła, oporów przepływu czy ograniczeń materiałowych stopów NiTi.
Organizacja wskazuje, że obecnie nie istnieje żaden prototyp elastokaloryczny, który w rzeczywistych pomiarach laboratoryjnych osiągałby parametry umożliwiające zastosowanie tej technologii w systemach centralnego ogrzewania budynków. Informacje o finansowaniu, na które powołują się media, dotyczą badań podstawowych i rozwoju materiałów, a nie urządzeń gotowych do wdrożenia rynkowego.
Perspektywa wieloletnich badań
Według PORT PC elastokaloryki pozostają obiecującym kierunkiem badań naukowych, szczególnie w kontekście przyszłych rozwiązań chłodniczych. W przypadku ogrzewania budynków konieczne byłoby jednak przezwyciężenie wielu barier, w tym zwiększenie trwałości cyklicznej stopów NiTi oraz opracowanie komponentów umożliwiających efektywną pracę przy różnicach temperatur typowych dla systemów grzewczych. Eksperci wskazują, że może to być perspektywa kilkunastu lub nawet kilkudziesięciu lat.
PORT PC przypomina jednocześnie, że analizy Komisji Europejskiej oraz Międzynarodowej Agencji Energetycznej (IEA) wskazują sprężarkowe pompy ciepła jako podstawową technologię elektryfikacji ogrzewania i chłodzenia budynków w Europie w nadchodzących dekadach.
Apel o opieranie debaty na danych naukowych
Organizacja zwraca uwagę, że publikacje o rzekomych alternatywach dla pomp ciepła, opartych na uproszczeniach i niepełnych informacjach, pojawiają się regularnie w debacie publicznej. PORT PC apeluje, aby dyskusja na temat technologii grzewczych odnosiła się do sprawdzonych danych naukowych oraz rozwiązań faktycznie dostępnych na rynku, które odgrywają istotną rolę w transformacji energetycznej.
Katarzyna Poprawska-Borowiec
katarzyna.borowiec@gramwzielone.pl
© Materiał chroniony prawem autorskim. Wszelkie prawa zastrzeżone. Dalsze rozpowszechnianie artykułu tylko za zgodą wydawcy Gramwzielone.pl Sp. z o.o.
