Problem jaki można zaobserwować przy obecnie realizowanych inwestycjach typu galerie handlowe w Polsce, wynika z faktu, że pompy ciepła podłączane do obiegów „pierścieniowych instalacji hydraulicznych” posiadają bardzo niskie efektywności energetyczne (wskaźniki EER do 3,5 wskaźniki COP do 4,2).

W poprzedniej części artykułu (ChiK 03/2011) autor zwrócił uwagę na istotne aspekty związane z efektywnością systemów WLHP, które powinny zostać wzięte pod uwagę przy analizach wyboru optymalnego systemu dla obiektów typu galerie handlowe. Jak wynika z czysto teoretycznej analizy przedstawionej w pierwszej części artykułu, zastosowanie systemów WLHP może okazać się nieuzasadnione w stosunku do innych systemów, patrząc z punktu widzenia kosztów eksploatacyjnych. W szczególności dotyczy to przypadku zastosowania pomp ciepła o niskiej efektywności energetycznej cechującej zazwyczaj „amerykańskie produkty” dostępne na naszym rynku. W niniejszym artykule zostaną poruszone zagadnienia związane z problematyką nowoczesnych rozwiązań systemów WLHP opartych na pompach ciepła typu woda-powietrza, podłączonych do centralnej instalacji hydraulicznej oraz praktyczne zagadnienia związane z opłacalnością zastosowania tych systemów.

Przy zastosowaniu pomp ciepła o niskich efektywnościach energetycznych, tracą sens systemy WLHP w obiektach typu galerie handlowe. Systemy WLHP stają się nieefektywne i zamiast oszczędności przynoszą z każdą godziną pracy olbrzymie straty zarówno eksploatacyjne, jak również te środowiskowe.
Jednocześnie często przy dokonywaniu analiz pomijane są istotne szczegóły dotyczące pracy tego typu systemów, co uniemożliwia rzeczywiste porównanie do innych, często bardziej optymalnych, rozwiązań. W błąd zostają wprowadzone wszystkie strony zaangażowane w projekt.
Poniżej zostaną przedstawione praktyczne uwagi autora dotyczące obecnie realizowanych inwestycji, w których stosowane są systemy WLHP.

Rys. 1. Schemat ideowy instalacji WLHP

Budowa systemów WLHP
Na rysunku 1 przedstawiono poglądowy schemat instalacji WLHP. W jej skład wchodzą następujące elementy:

Pompy ciepła z odwracalnym obiegiem chłodniczym i skraplaczem chłodzonym wodą
Pompy ciepła są umieszczane w poszczególnych, niezależnych termicznie, pomieszczeniach lub strefach budynku. Odwracalny obieg chłodniczy pozwala na utrzymanie wymaganej temperatury w pomieszczeniu lub strefie niezależnie od tego czy pomieszczenie wymaga grzania czy chłodzenia.

Pierścień wodny z niezbędnymi pompami i zasobnikami ciepła
Woda krążąca w obiegu musi być utrzymywana w pewnym zakresie temperatury. Najczęściej zakres ten wynosi minimalnie od 15°C i maksymalnie do 36°C. Temperatura ta pozwala na wyeliminowanie izolacji termicznej rurociągów. Natężenie przepływu wody w sieci może być stałe lub zmienne zależnie od zastosowanego układu hydraulicznego.

Instalacja grzewcza i chłodnicza
Jako źródło ciepła wykorzystywane są standardowe źródła grzewcze, jakimi są: kotły gazowe, kotły olejowe, wymiennikownie sieci ciepłowniczej, itp. Do podgrzewania wody może być również wykorzystywane ciepło odpadowe m.in. z rekuperatorów odzyskujących energię cieplną, skraplaczy agregatów chłodniczych, skraplaczy pomp ciepła pracujących w trybie chłodzenia itp.
Centralne źródło chłodu stanowić mogą sprężarkowe agregaty chłodnicze lub otwarte i zamknięte wieże chłodnicze.

Systemy WLHP w polskich inwestycjach
Ogromne znaczenie dla efektywności energetycznej całego budynku mają efektywności poszczególnych urządzeń. Jak przedstawiono w pierwszej części artykułu można zauważyć, że systemy WLHP są bardziej energooszczędne w szczególności gdy:

- budynek posiada pomieszczenia o zróżnicowanych obciążeniach cieplnych, a w szczególności duże strefy wymagające chłodzenia również w zimie (mała powierzchnia przegród zewnętrznych w stosunku do kubatury, duże nasłonecznione przeszklone powierzchnie – duże zyski ciepła przez przegrody przeźroczyste, duże wewnętrzne zyski ciepła od ludzi, oświetlenia i urządzeń elektrycznych);
- pompy ciepła cechują się wysokimi efektywnościami energetycznymi zarówno w trybie chłodzenia (EER około 4,5) jak i grzania (COP około 5 i wyżej);
- w miesiącach zimowych można wykorzystać darmową lub odzyskaną energię cieplną;
- okresy, w których jednoczesne zapotrzebowanie na grzanie i chłód są stosunkowo długie;
- zyski ciepła są wyższe od strat ciepła;
- są porównywane do tradycyjnego systemu z agregatem chłodniczym nie wyposażonym w funkcję free-cooling.

To tyle teorii, teraz warto przyjrzeć się praktycznym realizacjom tego typu instalacji w Polsce. W praktyce instalacje wykonywane są na „amerykańskich” rozwiązaniach pomp ciepła. Oferowane są one przez kilku producentów w Polsce i cechują się tym, że:
- posiadają stosunkowo niską cenę;
- w całkowitej mocy chłodniczej duży udział stanowi utajona moc chłodnicza, co powoduje konieczność stosowania przewymiarowanych urządzeń o dużo większej wydajności całkowitej, tak by spełnić wymagania dotyczące jawnej mocy chłodniczej;
- duży udział mocy chłodniczej utajonej w całkowitej mocy chłodniczej powoduje, że system jest nieefektywny i niewydajny, energochłonne układy sprężarkowe pracują na wykraplanie wilgoci, która w rzeczywistości trafia do kanalizacji;
- posiadają bardzo niskie wskaźniki efektywności energetycznej;
- powodują bardzo duże zużycie energii elektrycznej nawet około 40% wyższe od innych europejskich rozwiązań;
- powodują bardzo duże koszty eksploatacyjne, po pierwsze z uwagi na ich niskie efektywności energetyczne, po drugie poprzez zwiększone zapotrzebowanie mocy chłodniczej wież chłodniczych (koszt energii elektrycznej przez wentylatory i pompy zraszające; ogromne koszty uzdatniania wody) oraz zapotrzebowanie na ciepło przez centralne źródło ciepła.

Można zauważyć, że zwiększone zapotrzebowanie na moc elektryczną przez pompy ciepła generować będzie zwiększone zapotrzebowanie mocy chłodniczej dla wież chłodniczych. Dodatkowo duży udział mocy chłodniczej utajonej w całkowitej mocy chłodniczej pomp ciepła powoduje konieczność przewymiarowania urządzeń (pomp ciepła i wież chłodniczych

Ma to gigantyczny wpływ na analizę kosztów inwestycyjnych związanych z zakupem urządzeń. Często inwestorzy kierują się prostym wyznacznikiem kosztów, działając w ten sposób, że dokonywane jest zestawienie wszystkich pomp ciepła, sumowana jest ich cena zakupu oraz moc chłodnicza całkowita. Iloraz kosztów sumarycznej ceny do sumarycznej mocy całkowitej jest dla inwestorów wyznacznikiem jednostkowego zakupu kilowata mocy chłodniczej.

Jeżeli zatem „amerykańskie” rozwiązania o charakterystyce jak powyżej są weryfikowane pod katem kosztów zakupu z innymi „europejskimi” rozwiązaniami to analiza tych kosztów nie ma nic wspólnego z rzeczywistością. Aby wobec powyższych koszt zakupu instalacji był wiążący, powinna być zsumowana moc chłodnicza jawna wszystkich pomp ciepła, koszt ich zakupu a także uwzględniony koszt zakupu wież chłodniczych. Dopiero suma kosztów zakupu pomp ciepła i wież chłodniczych podzielona przez sumaryczną jawną moc chłodniczą daje obraz rzeczywistych kosztów inwestycyjnych.

Pytanie wydaje się zasadnicze: dlaczego inwestorzy postępują w ten sposób? Subiektywnie autor może stwierdzić, że:
- inwestorzy dokonują zakupu centralnego źródła chłodu (tańsza wieża chłodnicza a nie agregat chłodniczy) i dlatego wybierane są systemy WLHP a nie inne alternatywne rozwiązania;
- koszt zakupu drogich pomp ciepła przenoszony jest na najemców;
- koszt eksploatacji systemów opartych na bardzo energochłonnych pompach ciepła przerzucany jest na najemców;
- wysokie koszty uzdatniania wody dla wież chłodniczych są również przerzucane na najemcę;
- im wyższe koszty eksploatacyjne tym większe zyski pozostają po stronie inwestora sprzedającego na własnych warunkach energię elektryczną najemcom;
- brak czasu i niewiedza ze strony inwestora;
- pozorne oszczędności kosztów inwestycyjnych przedstawiane potencjalnym najemcom w butikach (pozornie niższe ceny zakupu pomp ciepła, w rzeczywistości droższe systemy o droższych kosztach eksploatacji).

W jaki sposób dokonać doboru urządzeń systemu WLHP by system był efektywny energetycznie oraz czy istnieją inne alternatywne systemy o wysokiej efektywności energetycznej? Po pierwsze należy podchodzić z pewnym dystansem do spraw efektywności energetycznej, gdyż opierając się na reklamie można dojść do wniosku, że: „wszystkie systemy i wszystkie urządzenia, wszystkich producentów są obecnie efektywne energetycznie”. Po drugie należy weryfikować dane techniczne urządzeń.

Optymalny dobór pomp ciepła systemów WLHP (...)

Optymalny dobór wież chłodniczych dla systemów z pompami ciepła WLHP (...)

Porównanie systemów WLHP oraz systemów scentralizowanych z free-coolingiem (...)
Praca systemu w zakresie pomiędzy 35 a 15°C
Praca systemu w zakresie pomiędzy 15 a 0°C
Praca systemu w zakresie pomiędzy 0 a -20°C
Porównanie kosztów inwestycyjnych

Wnioski
Systemy WLHP z pompami ciepła o niskiej efektywności nie mają racji zastosowania w galeriach handlowych z uwagi na zwiększone koszty zakupu oraz wysokie koszty eksploatacji zarówno w odniesieniu do systemów WLHP z pompami ciepła o wysokiej efektywności, jak również do systemów scentralizowanych z free-coolingiem.
Według autora optymalne rozwiązanie dla tego typu obiektów stanowią systemy centralne oparte na wodzie ziębniczej z agregatami chłodniczymi o wysokiej sprawności wyposażone w funkcję free-coling. Jeżeli mają być stosowane systemy WLHP to tylko takie, które wyposażone są w pompy ciepła o wysokiej sprawności „europejskich” producentów (EER około 4,5, COP powyżej 5,0).
Oczywiście to inwestorzy dokonują wyboru preferowanych przez siebie rozwiązań i jeżeli na własne życzenie wybierane są przez nich systemy WLHP z pompami ciepła o niskiej efektywności, które są droższe w zakupie, droższe w eksploatacji i inwestor nie ma ochoty ani czasu lub wystarczającej wiedzy na ich weryfikowanie, to jest to tylko jego wyłącznie własna sprawa.
Jeżeli jednak odbywa się to przy akceptacji rządu, rezultatem czego są zwiększone wydatki związane z emisją dwutlenku węgła, a także zwiększony wpływ na środowisko naturalne (zanieczyszczone powietrze, którym wszyscy oddychamy), obciążenie sieci energetycznych kraju i jednocześnie tego typu budynki pozwalają sobie na uzyskanie certyfikatów energetycznych o wysokiej klasie efektywności to wypada tutaj się z tym nie zgodzić. Wątpliwa jest dla autora reputacja organizacji przyznającej takie certyfikaty tego typu energochłonnym obiektom. Warto na to zwrócić uwagę już teraz, a nie po kilkunastu latach, gdy pozostaniemy ze śmietnikami ekologicznymi, którymi są budynkami o zwiększonej energochłonności.
W artykule autor wykorzystał fragmenty własnego referatu przygotowanego na Forum Wentylacja, Salon Klimatyzacja 2011 i opublikowanego w materiałach seminaryjnych.

LITERATURA
[1] B. ADAMSKI: System z pompami ciepła połączonymi pierścieniem wodnym. Rynek Instalacyjny 05/2006.
[2] B. ADAMSKI: Systemy WLHP – mity i fakty. Analiza wybranych zagadnień dotyczących systemów pierścieniowych. Chłodnictwo i Klimatyzacja 08/2009.
[3] Materiały seminaryjne Forum Wentylacja, Salon Klimatyzacja 2011.
[4] Biuletyny techniczne producentów.

AUTOR: Bartłomiej ADAMSKI
– PZITS o. Kraków