Pierwsza ogrzewała ratusz wodą z jeziora. Tak zmieniły się pompy ciepła

Pompy ciepła nie są już tymi samymi urządzeniami, które kilkadziesiąt czy nawet kilkanaście lat temu trafiały do domów. Zmieniły się nie tylko ich parametry, ale także sposób pracy, możliwości współpracy z instalacją grzewczą i zarządzania energią. Przyglądamy się pięciu zmianom, które szczególnie mocno wpłynęły na rozwój tej technologii.

Pompy ciepła kojarzą się z nowoczesną technologią, ale ich historia sięga znacznie dalej niż ostatnie kilkadziesiąt lat. Jedna z pionierskich instalacji już w 1928 r. ogrzewała ratusz w Genewie, wykorzystując ciepło wody z Jeziora Genewskiego. Kilkanaście lat później podobne rozwiązanie zastosowano w ratuszu w Zurychu.

Ratusze ogrzewane wodami z rzeki i jeziora

Za rozwój technologii pomp ciepła odpowiadało wielu inżynierów, ale szczególne miejsce w jej historii zajmuje Aurel Stodola – słowacki inżynier, fizyk i pionier termodynamiki, który przez lata pracował w Zurychu.

REKLAMA

REKLAMA

W 1928 r. Stodola zaprojektował zamknięty obieg pompy ciepła, który wykorzystywał wodę z Jeziora Genewskiego jako dolne źródło ciepła. Instalacja służyła do ogrzewania ratusza w Genewie. Było to jedno z pierwszych dużych zastosowań pompy ciepła do ogrzewania budynku użyteczności publicznej. Według dostępnych opisów system firmy Escher Wyss zachował się przez kolejne dekady.

Historia nie skończyła się jednak w Genewie. W latach 1937–1938 w ratuszu w Zurychu uruchomiono kolejną pionierską instalację marki Escher Wyss. Tym razem źródłem ciepła była woda z rzeki Limmat. Pompa o mocy około 100 kW zastąpiła piece na drewno i pracowała aż do 2001 r.

Od tamtego czasu zmieniło się niemal wszystko – od stosowanych czynników chłodniczych i konstrukcji sprężarek po sposób sterowania urządzeniem. Rozwój technologii nie sprowadza się przy tym do jednego parametru. Nowe pompy mają pracować z różnymi instalacjami grzewczymi, lepiej dopasowywać moc do potrzeb budynku i współpracować z pozostałymi elementami domowego systemu energetycznego. Na te zmiany zwracają uwagę również producenci urządzeń grzewczych, w tym De Dietrich, którego oferta obejmuje pompy ciepła wykorzystujące nowsze rozwiązania konstrukcyjne. Jak przez niemal stulecie zmieniła się ta technologia?

R290 zamiast dawnych czynników. To nie tylko zmiana gazu

Jedną z najbardziej widocznych zmian w konstrukcji współczesnych pomp ciepła jest stosowanie naturalnych czynników chłodniczych. Coraz większe znaczenie ma R290, czyli propan.

Wcześniej w pompach ciepła szeroko stosowano fluorowane czynniki chłodnicze. Zaostrzające się europejskie przepisy dotyczące F-gazów powodują jednak stopniowe odchodzenie od rozwiązań o wysokim współczynniku GWP.

R290 ma bardzo niski współczynnik GWP, ale jego zastosowanie stawia przed producentami inne wymagania. Propan jest bowiem czynnikiem palnym, dlatego urządzenie musi zostać odpowiednio zaprojektowane pod kątem bezpieczeństwa.

Zmiana czynnika chłodniczego oznacza więc w praktyce również zmianę konstrukcji pompy. Przykładem tego kierunku rozwoju są powietrzne pompy ciepła z czynnikiem R290, znajdujące się także w ofercie De Dietrich. Jednym z takich urządzeń jest model Alezio M R290.

Znaczenie tego kierunku rozwoju będzie rosło wraz z wdrażaniem kolejnych ograniczeń dotyczących fluorowanych gazów cieplarnianych. Zmiany te wpływają również na rozwiązania konstrukcyjne rozwijane przez producentów pomp ciepła. Szerzej  tym pisaliśmy w artykule: Szykują się zmiany dla pomp ciepła. Nowe zasady już od 1 stycznia.

Pompa ciepła nie musi już oznaczać ogrzewania podłogowego

Przez lata pompa ciepła była kojarzona przede wszystkim z nowym, dobrze ocieplonym domem i ogrzewaniem podłogowym. Rozwój urządzeń wysokotemperaturowych poszerzył jednak możliwości wykorzystania tej technologii podczas modernizacji starszych budynków.

Nowoczesne pompy mogą osiągać wyższą temperaturę wody zasilającej instalację. Dzięki temu mogą współpracować także z istniejącymi grzejnikami, choć nie oznacza to, że w każdym budynku wymiana kotła na pompę ciepła będzie możliwa bez dodatkowych prac.

Eksperci podkreślają, że przed modernizacją trzeba sprawdzić zapotrzebowanie budynku na ciepło, stan izolacji oraz parametry istniejącej instalacji. Im niższej temperatury zasilania potrzebuje system grzewczy, tym korzystniejsze warunki pracy ma pompa ciepła.

Wysokotemperaturowe urządzenia zwiększają jednak możliwości wykorzystania pomp również w starszych budynkach. To ważna zmiana, ponieważ rynek pomp ciepła nie ogranicza się już wyłącznie do nowych domów przygotowanych od początku pod ogrzewanie niskotemperaturowe.

Eksperci podkreślają jednak, że możliwości zastosowania pomp ciepła w modernizowanych budynkach zależą m.in. od osiąganej temperatury zasilania i parametrów instalacji. Dlatego producenci, w tym De Dietrich, oferują urządzenia przeznaczone do różnych warunków pracy, które należy dobierać z uwzględnieniem charakterystyki konkretnego budynku.

Koniec pracy na pełnej mocy. Sprężarka może się dopasować

Budynek nie potrzebuje takiej samej ilości ciepła przez cały sezon. Podczas mrozu zapotrzebowanie jest wysokie, ale przy dodatnich temperaturach może być znacznie mniejsze.

W starszych konstrukcjach sprężarka pracowała w prostym trybie włącz–wyłącz. Po osiągnięciu określonego poziomu temperatury urządzenie się wyłączało, a następnie ponownie uruchamiało, gdy pojawiała się potrzeba dostarczenia ciepła.

REKLAMA

REKLAMA

REKLAMA

Technologia inwerterowa pozwala regulować moc sprężarki i dopasowywać jej pracę do aktualnego zapotrzebowania budynku. Dzięki temu pompa może pracować bardziej stabilnie i ograniczać liczbę cykli uruchamiania i wyłączania. Nie musi za każdym razem uruchamiać się z pełną mocą, gdy budynek potrzebuje tylko niewielkiej ilości ciepła.

Eksperci podkreślają jednak, że inwerter nie zastępuje prawidłowego doboru urządzenia. Pompa powinna być dobrana do rzeczywistego zapotrzebowania budynku. Zbyt duże urządzenie może bowiem pracować poza optymalnym zakresem także wtedy, gdy ma możliwość modulowania mocy.

Pompa ciepła zaczyna zarządzać energią, a nie tylko ogrzewać dom

Kolejna zmiana jest widoczna przede wszystkim z perspektywy użytkownika. Współczesna pompa ciepła może być znacznie bardziej zautomatyzowana niż urządzenia starszych generacji.

Sterowanie może odbywać się za pomocą termostatu, aplikacji mobilnej czy harmonogramów pracy. System może uwzględniać temperaturę w pomieszczeniach i na zewnątrz oraz dostosowywać działanie urządzenia do rytmu życia mieszkańców.

Coraz większe znaczenie ma również komunikacja pompy ciepła z innymi urządzeniami. Może ona współpracować z instalacją fotowoltaiczną czy magazynem energii, a system zarządzania może uwzględniać również ceny energii.

Ma to szczególne znaczenie w przypadku taryf dynamicznych, w których cena prądu zmienia się w ciągu dnia. Sterowanie może wówczas przesuwać część pracy pompy na godziny, gdy energia jest tańsza.

Pompa ciepła staje się tym samym jednym z elementów domowego systemu energetycznego. Jej zadaniem nie jest już wyłącznie dostarczenie określonej ilości ciepła, ale również możliwie efektywne wykorzystanie dostępnej energii.

Nie tylko sprawność. Liczy się też cisza

Wraz ze wzrostem liczby pomp ciepła instalowanych w domach coraz większego znaczenia nabiera także ich akustyka.

Jednostka zewnętrzna znajduje się zazwyczaj w pobliżu budynku mieszkalnego. Jej praca może być więc słyszalna zarówno dla mieszkańców, jak i sąsiadów. Producenci stosują rozwiązania mające ograniczyć poziom hałasu i przenoszenie drgań.

Znaczenie mają m.in. konstrukcja wentylatora, obudowa jednostki, sposób mocowania oraz rozwiązania ograniczające przenoszenie wibracji. Na komfort akustyczny wpływa także sposób sterowania urządzeniem.

Część współczesnych pomp ma tryby cichej pracy, które można wykorzystywać w określonych godzinach, np. w nocy.

Nie oznacza to jednak, że sam parametr podany w karcie technicznej wystarczy do oceny urządzenia. Rzeczywisty odbiór dźwięku zależy również od miejsca montażu, odległości od okien i granicy działki, sposobu posadowienia jednostki oraz warunków panujących w jej otoczeniu.

Od rzeki w Zurychu do inteligentnego domu

Historia pomp ciepła pokazuje, że sama zasada działania tej technologii nie jest nowa. Zmieniły się natomiast urządzenia, które ją wykorzystują. Pompa ogrzewająca przed wojną ratusz w Genewie pobierała ciepło z jeziora. Dzisiejsza pompa może czerpać energię z powietrza, regulować swoją moc zależnie od potrzeb budynku, współpracować z instalacją fotowoltaiczną i reagować na ceny energii.

Największa zmiana nie dotyczy więc jednego elementu. Rozwój obejmuje jednocześnie czynnik chłodniczy, sprężarkę, temperaturę pracy, automatykę, akustykę i integrację z pozostałą częścią systemu energetycznego. W efekcie pompa ciepła przestaje być postrzegana wyłącznie jako urządzenie zastępujące kocioł. Coraz częściej staje się elementem całego systemu zarządzania energią w budynku.

Więcej o tym, jak w ostatnich latach zmieniły się parametry i efektywność pomp ciepła, pisaliśmy w naszym wcześniejszym materiale poświęconym rozwojowi tej technologii.