Nowatorska pompa ciepła z CO₂: choćby o 23% wyższa efektywność

enerad.pl 4 godzin temu

Wieloźródłowa pompa ciepła – co to za technologia?

W przeciwieństwie do klasycznych pomp ciepła, które bazują na jednym źródle energii, wieloźródłowy system zaprojektowany przez włoskich badaczy może pracować w dwóch trybach:

SA-mode (solar-air) – równoczesne wykorzystanie powietrza i energii słonecznej,
GA-mode (ground-air) – jednoczesne wykorzystanie powietrza i energii geotermalnej.

Co istotne, wszystkie trzy źródła ciepła zasilają bezpośrednie parowniki (ang. direct expansion), bez pośrednich obiegów z cieczami roboczymi. W układzie zastosowano:

klasyczna wężownica z lamelami (ang. finned coil), która pobiera ciepło z otaczającego powietrza,
kolektory fotowoltaiczno-termiczne (PV-T) dla energii słonecznej (w trybie zalanego odparowania),
U-rurkowy wymiennik w gruntowych odwiertach (BHE) dla energii geotermalnej (także w trybie zalanego odparowania).

Efektywność potwierdzona badaniami

Symulacje przeprowadzone przez włoski zespół pokazały, że:

w trybie solar-air wzrost natężenia promieniowania słonecznego o 100 W/m² zwiększa COP o 2,8%,
w trybie ground-air każdy dodatkowy 1 K temperatury gruntu podnosi COP o 0,9%,
łącznie możliwe jest uzyskanie choćby 23% wyższej efektywności w porównaniu do klasycznych pomp powietrznych.

Dodatkowym atutem jest możliwość elastycznego doboru liczby modułów PV-T oraz odwiertów gruntowych (BHE), co pozwala dostosować system do lokalnych uwarunkowań i potrzeb.

CO₂ jako czynnik chłodniczy

System wykorzystuje dwutlenek węgla (R744), który cechuje się:

bardzo niskim współczynnikiem GWP (1),
wysokim bezpieczeństwem użytkowania,
dobrymi adekwatnościami termodynamicznymi w cyklach transkrytycznych.

To również odpowiedź na zaostrzającą się unijną politykę ograniczania fluorowanych gazów cieplarnianych (rozporządzenie F-gazowe UE 2024/573).

Gdzie sprawdzi się taka technologia?

System zaprojektowano z myślą o klimacie Europy Środkowej, a badania referencyjne prowadzono dla warunków północnych Włoch (Padwa):

średnie roczne nasłonecznienie 300 W/m²,
średnia temperatura gruntu 13°C,
przeciętna temperatura powietrza 7°C.

Tego typu rozwiązania mogą znaleźć zastosowanie zarówno w nowych budynkach energooszczędnych, jak i w modernizowanych instalacjach grzewczych.

Koszty inwestycyjne – potencjalna bariera wdrożenia

Pomimo obiecujących wyników pod względem efektywności energetycznej, autorzy badania zwracają uwagę, iż wieloźródłowe pompy ciepła mogą wiązać się z istotnymi kosztami inwestycyjnymi. Wynika to m.in. z:

konieczności zastosowania kilku typów parowników,
dodatkowej infrastruktury, takiej jak gruntowe odwierty czy kolektory PV-T,
bardziej złożonej automatyki sterującej i integracji źródeł.

Choć elastyczność w skalowaniu liczby PV-T lub BHE może ograniczyć te koszty, pełne wdrożenie takiego rozwiązania w warunkach komercyjnych wymagałoby szczegółowej analizy ekonomicznej i może być opłacalne głównie w projektach premium lub w budynkach o wysokich wymaganiach energetycznych.

Warto też podkreślić, iż podobnie jak w przypadku tradycyjnych pomp gruntowych, zwrot z inwestycji (ROI) może być rozłożony na wiele lat, szczególnie w regionach o niskim nasłonecznieniu lub trudnych warunkach geologicznych.

Czy wieloźródłowe pompy ciepła to przyszłość ogrzewnictwa?

Choć technologia prezentuje imponujący potencjał poprawy efektywności i ograniczenia emisji, jej masowe wdrożenie będzie zależało nie tylko od osiągów, ale również od ekonomicznej opłacalności w porównaniu do bardziej standardowych systemów OZE.

Zobacz również: