W artykule przedstawiono aktualną ocenę rynku pomp ciepła ze szczególnym uwzględnieniem pomp typu powietrze-woda. Wskazano rosnący potencjał dla zastosowania powietrznych pomp ciepła, oraz przedstawiono politykę UE w tym zakresie. Omówiono wskaźniki efektywności COP i SPF oraz korzyści wynikające z wykorzystania pomp ciepła w instalacjach grzewczych.

Rozwój zastosowań pomp ciepła jest odpowiedzią na potrzeby naszych czasów, w tym konieczności ochrony środowiska naturalnego, podniesienia sprawności urządzeń, oszczędzania energii i potrzeby poszukiwania nowych źródeł energii do ogrzewania.

Pompy ciepła doskonale wpisują się w trend stosowania ekologicznych źródeł energii cieplnej, głównie dlatego, że opierają się na wykorzystaniu odnawialnych i praktycznie niewyczerpalnych zasobów energii.

Praca pomp ciepła nie powoduje niskiej emisji CO2 do atmosfery i nie zanieczyszcza powietrza atmosferycznego. Dodatkowo dzięki zastosowaniu nowoczesnych czynników chłodniczych nie powoduje też niszczenia warstwy ozonowej.

Pompy ciepła dają użytkownikowi również inne korzyści:

• bezpieczeństwo użytkowania (nie występują łatwopalne lub wybuchowe paliwa),
• brak konieczności wydzielania specjalnych pomieszczeń (składów paliwa czy kotłowni),
• brak konieczności dostaw sieciowych innych niż energia elektryczna (gazu czy ciepła z sieci miejskich),
• wysoka estetyka wykonania urządzeń i instalacji (czyste i bezpyłowe),
• dostępna opcja chłodzenia (bezkosztowo lub z niskimi kosztami instalacji).

Pompa ciepła charakteryzuje się niższymi kosztami eksploatacyjnymi w porównaniu z innymi paliwami, jak np. olejem opałowym, gazem ziemnym. Niestety nakłady inwestycyjne należą do najwyższych spośród wszystkich źródeł ciepła. 

Jednak zastosowanie pompy ciepła typu powietrze-woda jako monowalentnego źródła ciepła dla instalacji centralnego ogrzewania wodnego o maksymalnej temperaturze zasilania 65°C pozwoliłoby znacząco zmniejszyć nakłady inwestycyjne możliwe, że nawet do poziomu porównywalnego z aktualnie stosowanymi źródłami ciepła.

Ocena rynku pomp ciepła

Europejski rynek pomp ciepła w latach 2005–2008 rozwijał się w tempie od 10 do 30% rocznie. Po kryzysie w 2009 r. odnotowano spadek o ok. 12% i niewielkie wzrosty w następnych latach. Porównując sprzedaż w latach 2005–2011, rynek wzrósł o 8,68%. Roczna sprzedaż w 2012 r. przekroczyła 1,65 mln sztuk [1].

Najlepiej sprzedawały się powietrzne pompy ciepła, które stanowią ponad 80% urządzeń na europejskim rynku. Największą popularnością w ostatnich latach cieszą się pompy ciepła do przygotowania ciepłej wody użytkowej. Ich sprzedaż w UE w latach 2005–2011 wzrosła o ponad 400% i osiągnęła poziom 50 tys. sztuk rocznie [1].

Z danych Europejskiego Stowarzyszenia Pomp Ciepła (EHPA) [10] za 2011 r. wynika, że liderami są: Norwegia z 379 pompami ciepła montowanymi rocznie na 10 tys. domów, Finlandia – 291 szt. i Szwecja – 267 szt. Na kolejnych miejscach plasują się: Szwajcaria – 67 szt., Austria – 46 szt. oraz Francja i Portugalia z ok. 44 szt. W Polsce rocznie montuje się zaledwie 8 pomp na 10 tys. domów.

Polski rynek pomp ciepła zdominowany jest przez dwa typy urządzeń: solanka-woda do ogrzewania budynku oraz powietrze-woda tylko do przygotowania c.w.u., które stanowią łącznie ok. 82% rynku. Udział pomp ciepła powietrze-woda do ogrzewania sięga 14%, około 3% to pompy ciepła z bezpośrednim odparowaniem w gruncie, a pompy woda-woda stanowią tylko 1% rynku.

Według danych Polskiej Organizacji Rozwoju Technologii Pomp Ciepła [10] w naszym kraju w 2013 roku sprzedano 12 600 pomp i rynek ten wzrósł o 20% w stosunku do roku 2011. Wzrosty odnotowały wszystkie rodzaje pomp ciepła oprócz pomp woda-woda. Największą dynamikę sprzedaży miały pompy ciepła typu powietrze-woda – 35%. Sprzedaż pomp typu powietrze-woda tylko do c.w.u. wzrosła o ok. 25%, a typu solanka- woda o ok. 11%.

Uzasadnienie dla zastosowania pompy ciepła do ogrzewania budynków

(...)

Zanieczyszczenie powietrza oraz ekologiczne aspekty zastosowania pomp ciepła

(...)

Dobór pompy ciepła dla budynków nowych i modernizowanych

(...)

Powietrze atmosferyczne jako dolne źródło ciepła

(...)

Ocena efektywności energetycznej

(...)

Podsumowanie i perspektywy rozwoju pomp ciepła

W Polsce do 2030 roku nadal 75% mieszkań będzie zbudowanych wg standardowych technologii spełniających aktualne normy (wymogi przepisów). Pozostałe budynki będą budowane w technologii energooszczędnej i jako budynki pasywne. Zatem największy potencjał stanowią istniejące budynki. Jest to potencjał dla producentów z branży grzewczej, w tym w szczególności dla pomp ciepła.

Prognozuje się, że w 2020 r. połowa nowych budynków będzie wyposażona w pompy ciepła. Decydować o tym będzie ekonomia, czyli o połowę tańsza eksploatacja przy malejących różnicach w nakładach inwestycyjnych. Z badań wynika, że 40% inwestorów budujących nowe domy chciałoby mieć w nich pompy ciepła [10].

Po 2015 r. diametralnie zmieni się rynek urządzeń centralnego ogrzewania w Europie. Wymogi ecodesign i oznakowania energetycznego wpłyną na sprzedaż pomp ciepła i kotłów na biomasę, a na rynek nie będą mogły wejść niskoefektywne urządzenia grzewcze.

Na zmianę nastawienia inwestorów wpłynie wprowadzenie od 2015 r. klas energetycznych dla urządzeń grzewczych. Jeśli chodzi o urządzenia grzewcze, klasa A+ lub wyższa będzie oznaczać, że korzystają one z odnawialnych źródeł energii. Uzyskanie klasy A+ dla kotła gazowego będzie możliwe tylko w pakiecie z kolektorem słonecznym, a będzie ona osiągalna już dla pompy ciepła powietrze-woda i zastosowania ogrzewania płaszczyznowego, natomiast pompy gruntowe będą miały klasy A++ i A+++ [4].

Rys. 3. Zmiana wartości współczynnika COP w zależności od temperatury górnego źródła ciepła [opracowanie własne na podstawie 5]

W kontekście polityki UE w nowych budynkach duże szanse na zastosowanie mają pompy ciepła. Korzystne byłoby połączenie pomp ciepła i paneli fotowoltaicznych. Nie ma praktycznie żadnych przeszkód w łączeniu tych instalacji ani ze zmianą prądu stałego na zmienny, jedyny problem to magazynowanie energii. Jednak nawet jeśli 35% energii z fotowoltaiki w instalacji domowej zostanie zużyte na potrzeby ogrzewania, to reszta może być sprzedana do sieci. Prosument (konsument i producent) energii elektrycznej w Niemczech czy we Włoszech ma już z tej instalacji zysk.

Przewiduje się, że w najbliższej przyszłości zmiany w technologii ogrzewania w dużym stopniu będą powiązane ze smart grid (inteligentnymi sieciami elektroenergetycznymi), fotowoltaiką oraz ogniwami paliwowymi oraz kogeneracją. Z czasem rynek kotłów gazowych stanie się rynkiem urządzeń na wymianę, a istniejące instalacje będą zmieniane na hybrydowe, często z udziałem pomp ciepła.

W przyszłości będą budowane bardzo szczelne budynki zarządzane przez inteligentny system automatyki, w coraz większym stopniu korzystające z energii elektrycznej do ogrzewania, wentylacji, chłodzenia i przygotowania ciepłej wody. Energia elektryczna będzie wytwarzana w skojarzeniu albo z odnawialnych źródeł w rozproszonych mikroźródłach i zużywana w budynkach w miejscu wytworzenia.

Właśnie w mikroinstalacjach do produkcji energii i ciepła Unia Europejska widzi przyszłość, a nie w dużych blokach energetycznych i elektrowniach atomowych. Zgodnie z założeniami w 2020 r. we Wspólnocie ma być 50 mln prosumentów (producentów i konsumentów jednocześnie).

dr hab. inż. Marek BOROWSKI

Katedra Górnictwa Podziemnego,

Wydział Górnictwa i Geoinżynierii, AGH

Akademia Górniczo-Hutnicza w Krakowie

mgr inż. Michał KARCH

Katedra Górnictwa Podziemnego,

Wydział Górnictwa i Geoinżynierii, AGH

Akademia Górniczo-Hutnicza w Krakowie

LITERATURA:

[1] JONIEC W. 2013: Rynek pomp ciepła. Wyniki i trendy. Rynek Instalacyjny nr 4.

[2] PN-EN 15316-4-2 : 2008: Instalacje ogrzewcze w budynkach. Metoda obliczania zapotrzebowania na ciepło i oceny sprawności instalacji. Część 4-2. Źródła ciepła do ogrzewania miejscowego, instalacje z pompami ciepła.

[3] Dyrektywa Parlamentu Europejskiego i Rady 2009/28/WE z dnia 23 kwietnia 2009 r. w sprawie promowania stosowania energii ze źródeł odnawialnych zmieniająca i w następstwie uchylająca dyrektywy 2001/77/WE oraz 2003/30/WE (Dz.U. UE 2009, L 140/16).

[4] KOSIERADZKI J., 2011: Pompy ciepła – kierunki rozwoju. Rynek Instalacyjny nr 7-8.

[5] KOWALEWSKA K., 2012: Analiza efektywności energetycznej rozwiązań technicznych pomp ciepła. Praca dyplomowa, AGH Akademia Górniczo-Hutnicza w Krakowie (niepublikowana).

[6] LACHMAN P. 2010: Wpływ pomp ciepła na wzrost efektywności energetycznej, udziału energii odnawialnej i redukcję emisji CO. InstalReporter. Październik, Nr (3).

[7] PN-EN 13771-2 : 2009: Sprężarki i agregaty skraplające dla instalacji ziębniczych- Badanie charakterystyki i metody badań.

[8] PN-EN 14511-2 : 2009: Klimatyzatory, ziębiarki cieczy i pompy ciepła ze sprężarkami o napędzie elektrycznym do grzania i ziębienia.

[9] PN-EN 14511 : 2012: Klimatyzatory, ziębiarki cieczy i pompy ciepła ze sprężarkami o napędzie elektrycznym, do grzania i ziębienia.

[10] PORT PC, 2013: Raport na temat Rynku pomp ciepła w Polsce. http://www.portpc.pl.

[11] RUBIK M.,1999: Pompy ciepła, Ośrodek Informacyjny „Technika instalacyjna w budownictwie”, Warszawa.

[12] Rynek Instalacyjny (RI), 2013: Raport – pompy ciepła. http://www.rynekinstalacyjny.pl