Ogrzewanie pompy ciepła

System pompy ciepła pobiera ciepło z otoczenia (powietrza otoczenia, wód gruntowych / powierzchniowych lub gruntowych ) i podnosi je za pomocą pompy ciepła do użytecznej wyższej temperatury, aby ogrzać budynki lub inne obiekty. Rozróżnia się elektryczne i gazowe systemy grzewcze z pompą ciepła.

Ponieważ elektryczne pompy ciepła nie emitują bezpośrednio żadnego CO ₂ , ale generują około 25 do 30% energii cieplnej przy użyciu energii elektrycznej, mogą pracować z bardzo niską emisją w porównaniu z innymi rodzajami ogrzewania przy użyciu dużej ilości energii elektrycznej neutralnej pod względem emisji dwutlenku węgla. . Jeśli natomiast energia elektryczna pochodzi ze źródeł kopalnych, to przewaga ekologiczna nad nowoczesnym ogrzewaniem gazowym jest bardzo mała.

Przy konwersji na dostawę ciepła bez CO ₂ ( dekarbonizacja ) pompa ciepła może mieć duże znaczenie, jeśli energia elektryczna jest wytwarzana ze źródeł odnawialnych. W ramach sieci ciepłowniczej można wykorzystywać źródła ciepła, które nie mają wystarczającej temperatury do bezpośredniego wykorzystania ciepła. Przemysłowego ciepła odpadowego, takich jak woda chłodząca , wód kopalnianych i przy powierzchni energii geotermalnej mogą być wykorzystane jako źródło ciepła. Im wyższa temperatura źródła ciepła, z którego ciepło jest pozyskiwane w parowniku pompy ciepła, tym wyższy współczynnik wydajności systemu .

Ogólny

Pompa ciepła pobiera ciepło ze zbiornika (powietrza, wód gruntowych, gleby) i w ten sposób chłodzi źródło ciepła, ale tylko z gradientem temperatury . Jednak sprawność pompy ciepła - wyrażona we współczynniku wydajności - maleje wraz ze spadkiem temperatury źródła.

Pompa ciepła jest technicznie skonstruowany jak lodówki , z tą różnicą, że w pompie ciepła (ciepłej stronie skraplacza pompy ciepła) jest używany do ogrzewania. Im mniejsza jest wymagana różnica temperatur między zasobnikiem ciepła (np. woda gruntowa o 7°C) a „temperaturą zasilania” (= „zasilania ogrzewania” = temperatura, przy której woda jest podawana do obiegu grzewczego ), tym efektywniej jest jest wola). Wraz ze wzrostem temperatury spada współczynnik wydajności pompy ciepła. Większość pomp ciepła jest zaprojektowana dla temperatur przepływu do maksymalnie 60 ° C.

Źródłami ciepła dla pomp ciepła są woda, wilgotna gleba lub wilgotne powietrze. Jeżeli temperatura parowania spadnie poniżej 0°C, na powierzchniach wymiennika ciepła tworzy się lód . Lód stanowi warstwę izolacyjną i znacznie pogarsza wymianę ciepła. Dzięki nowszym technologiom (chłodzenie gazowe) pompy ciepła, które pobierają ciepło z powietrza zewnętrznego , mogą być obecnie efektywnie wykorzystywane do temperatury zewnętrznej -25°C. Pompa ciepła, która pobiera ciepło ze zbiornika wody na głębokości 10 m (ok. 5 °C temperatury ziemi) może pracować niezależnie od temperatury zewnętrznej (poniżej temperatury zamarzania wody, ponieważ lód jest lżejszy od wody i dlatego unosi się na powierzchni).

W przypadku uzysku ciepła należy zastosować moc („wejście”). Stosunek wydajności („produkcja”) do wkładu nazywana jest wartością wydajności . Wydajność większa niż 4 jest uważana za ekonomiczną.

Energia może być dostarczana za pomocą energii elektrycznej lub paliw . Spalanie paliw może działać na absorpcyjnej lub adsorpcyjnej maszynie chłodniczej lub być stosowane w silnikach spalinowych , które, podobnie jak silnik elektryczny, napędzają sprężarkową maszynę chłodniczą.

Szczegóły techniczne

W dolnym zakresie mocy do ogrzewania budynków stosuje się zazwyczaj elektryczne kompresyjne pompy ciepła , a do wyższych mocy pompy ciepła z silnikami gazowymi. Stosowane są również absorpcyjne lub adsorpcyjne pompy ciepła. Pompy ciepła wykorzystujące cykl Vuilleumier nie są jeszcze gotowe na rynek.

Zasadę działania można porównać do lodówki, która chłodzi wewnątrz i grzeje na zewnątrz. Wiele z tych systemów może być również używanych do chłodzenia w trybie odwrotnym. Ponieważ pompy ciepła mają czasami znaczne prądy rozruchowe, które mogą prowadzić do zakłóceń w sieci ( spadki napięcia ), podłączenie musi być zatwierdzone przez zakład energetyczny . Zatwierdzenie jest zwykle udzielane pod pewnymi warunkami ( ograniczenie prądu rozruchowego, ograniczenie rozruchu / godzina).

Sprężony czynnik chłodniczy skrapla się w skraplaczu . Jest to wymiennik ciepła, do którego po przeciwnej stronie doprowadzony jest nośnik ciepła , zwykle woda lub mieszanina wodno-solanka (ochrona przed zamarzaniem). Ciepło uwalniane podczas skraplania czynnika chłodniczego jest pochłaniane przez nośnik ciepła i przekazywane do grzejników lub powierzchni grzewczych. Moc cieplna, którą można wykorzystać na skraplaczu w stosunku do mocy elektrycznej zużywanej przez silnik sprężarki, wzrasta wraz ze zmniejszaniem się różnicy między temperaturą parowania i skraplania w obiegu czynnika chłodniczego pompy ciepła.

Stosunek mocy cieplnej ( „Wyjście”) dla energii elektrycznej ( „Wejście”) to współczynnik wydajności (pompa ciepła angielski. Współczynnik wydajności , w skrócie COP ), odpowiednio.

Niska temperatura nośnika ciepła (temperatura przepływu) może być zastosowana zwłaszcza w przypadku ogrzewania podłogowego, ponieważ powierzchnia wymiany ciepła jest bardzo duża. Ponadto należy dążyć do bardzo dobrej izolacji termicznej budynku, który ma być ogrzewany, aby móc pracować z niską temperaturą przepływu czynnika grzewczego przy niewielkim zapotrzebowaniu na ciepło.

Powierzchnia grzewcza i średnia nadmierna temperatura (różnice temperatur ) grzejnika lub ogrzewania podłogowego są do siebie pośrednio proporcjonalne. Można to porównać ze zmienioną mocą wyjściową zbiorników magazynowych wraz ze wzrostem temperatury pierwotnej. Ten problem powoduje również, że temperatura zasobnika jest podnoszona tylko do określonej temperatury za pomocą pompy ciepła. Maksymalna możliwa do wytworzenia temperatura ciepłej wody zależy od maksymalnego wysokiego ciśnienia sprężarki. ${\ styl wyświetlania \ Delta T}$

Podczas ogrzewania zasobników za pomocą sond gruntowych należy zwrócić uwagę, aby sonda gruntowa nie była obciążona mocą większą niż 100 W (term.) / M sondy, aby uniknąć nadmiernego oblodzenia sondy. Ponieważ lód jest słabym przewodnikiem ciepła , temperatura sondy spada zbyt mocno, a współczynnik wydajności spada do nieekonomicznego zakresu poniżej 2,5.

Wybór czynnika chłodniczego

Pompy ciepła dostępne obecnie na rynku europejskim, zarówno dla gospodarstw domowych, jak i dla przemysłu, są zasilane prawie wyłącznie HFC ( fluorowęglowodorami ). Systemy z czynnikami chłodniczymi, które są mniej problematyczne dla środowiska, takie jak: B. CO ₂ lub propan do tej pory nie znalazły szerokiego zastosowania. Według badań CO ₂ może być wykorzystywany do generowania wysokich temperatur przepływu i osiągania wyższych rocznych współczynników wydajności niż w przypadku konwencjonalnych systemów. Jest również niepalny i mniej toksyczny. W Japonii pompy ciepła CO ₂ powietrze-woda są dostępne na rynku od 2001 roku ; Od pewnego czasu są one również oferowane sporadycznie w Europie. W przypadku stosowania CO ₂ wymagane są komponenty, które mogą pracować przy wyższych ciśnieniach. W tym celu prowadzone są projekty badawcze m.in. B. na Politechnice Braunschweig (Katedra Termodynamiki) i Politechnice Drezdeńskiej . Pompy ciepła CO ₂ powietrze/woda mogą w niektórych przypadkach zastąpić bardzo drogie systemy konkurencyjne (sonda gruntowa, sonda lodowa, pompy ciepła solanka itp.) w niszach zastosowań.

Czasy blokowania

W przypadku korzystania z korzystnej taryfy grzewczej dostawcy energii mogą wyłączać pompy ciepła w okresach szczytowego obciążenia , np. rano i wczesnym wieczorem, zgodnie z technicznymi warunkami przyłączenia (TAB) do trzech razy dziennie przez dwie osoby. godzin każda (również zdalnie sterowana). Jednak wiele firm energetycznych (EVU) może odejść od tej opcji w dół, ponieważ kontrolują czasy blokowania za pomocą odbiornika sterowania tętnieniem w oparciu o rzeczywisty profil obciążenia . Czasy blokowania są wtedy stosunkowo krótkie, tak że zwykle nie jest potrzebny zwiększony wysiłek techniczny ( np. przechowywanie bufora ) do zmostkowania czasu blokowania.

Zasobniki buforowe mogą być używane tylko w ograniczonym zakresie do mostkowania czasów blokowania, ponieważ przedsiębiorstwo energetyczne nie daje wcześniejszego sygnału o czasie wyłączenia pompy ciepła. Dlatego czujnik temperatury w zbiorniku buforowym mógłby po prostu dać sygnał „Włącz”, aby uruchomić PC, gdy nastąpi czas blokady. Jeśli tak się stanie, w zbiorniku buforowym nie ma żadnego lub tylko niewielki gradient temperatury użytkowej. Prawdopodobieństwo wychłodzenia budynku z powodu okresu blokowania jest stosunkowo niskie, ale możliwe w ograniczonym zakresie (ochłodzenie 1–2 K).

• Budynek z niewielką ilością masy akumulacyjnej chłodzi się szybciej niż budynek z dużą ilością masy akumulacyjnej;
• źle ocieplony budynek stygnie szybciej niż dobrze ocieplony;
• duży budynek stygnie wolniej niż mały (lepszy stosunek powierzchni budynku do zamkniętej przestrzeni).

Sterowanie elementem grzejnym

W przypadku, gdy moc pompy ciepła jest niewystarczająca przy niskich temperaturach otoczenia i jednocześnie dużym zapotrzebowaniu na ciepło, większość systemów grzewczych z pompą ciepła posiada jako uzupełnienie prostą grzałkę elektryczną ( grzałkę zanurzeniową ) w obiegu ciepłej wody lub zasobniku . .

Te warunki instalacji technicznych (TAB 2007) stanowią w rozdziale 10.2.4, że sprężarka i element grzewczy może zostać uruchomione tylko sześć razy na godzinę. Producenci wdrażają to rozporządzenie robiąc dziesięciominutową przerwę po procesie wyłączenia. Fakt ten należy wziąć pod uwagę podczas planowania i projektowania.

Temperatura wznios trzpienia ogrzewania zależy od przepływu masy , pojemność ciepła właściwego płynu , a wyjście pręta grzewczego . ${\ styl wyświetlania \ Delta \ vartheta}$${\ displaystyle {\ frac {\ Delta m} {\ Delta t}}}$${\ styl wyświetlania c}$${\ styl wyświetlania \ Phi}$

${\ displaystyle \ Delta \ vartheta = {\ frac {\ Phi} {c \ cdot {\ frac {\ Delta m} {\ Delta t}}}}}$

W przypadku wody jako płynu wzrost temperatury następuje przy masowym natężeniu przepływu 1000 kg na godzinę na kW mocy pręta grzejnego. ${\ displaystyle c = 1 {,} 16 \, {\ frac {\ mathrm {Wh}} {\ mathrm {K \ cdot kg}}}}$${\ displaystyle \ Delta \ vartheta = 0 {,} 86 \, \ mathrm {K}}$

Przy małej histerezie przełączania i dużym wahaniu temperatury element grzejny jest włączany tylko na kilka minut i wyłączany na co najmniej dziesięć minut. Podobno wysokie podłączone obciążenie elementu grzejnego nie może się rozwinąć. Przekształcając powyższy wzór w zależności od czasu, obowiązują następujące zasady:

${\ displaystyle \ Delta t = {\ frac {c \ cdot \ Delta m \ cdot \ Delta \ vartheta} {\ Phi}}}$

Jeżeli histereza przełączania wynosi 1 K, moc grzałki wynosi 1 kW, a masa wody 1 kg, grzałka wyłącza się po 4,176 s.

Kluczowe dane

Wydajność i klasa jakości

Wartość wydajności ε — zwana również współczynnikiem wydajności (COP) — służy do oceny pomp ciepła . Jest to stosunek wydzielanego ciepła do mocy napędowej wykorzystywanej przez sprężarkę (zwaną również sprężarką). Osiągalny współczynnik osiągów jest funkcją temperatur stosowanych zgodnie z drugą zasadą termodynamiki ograniczoną do odwrotnej wartości sprawności Carnota dla bezstratnego silnika cieplnego, współczynnik Carnota:

${\ displaystyle \ varepsilon _ {C} = {\ frac {T _ {\ tekst {ciepły}}} {T _ {\ tekst {ciepły}} - T _ {\ tekst {zimny}}}}}$

Stosunek rzeczywistej wydajności do wartości Carnota jest klasą jakości . W ten sposób obliczana jest wydajność ${\ displaystyle \ eta = \ varepsilon / \ varepsilon _ {C}}$

${\ displaystyle \ varepsilon = \ eta \ cdot {\ frac {T _ {\ tekst {ciepły}}} {T _ {\ tekst {ciepły}} - T _ {\ tekst {zimny}}}}}$

Elektryczne sprężarkowe pompy ciepła do ogrzewania budynków osiągają poziom jakości około 50% przy ciągłej pracy w określonych standardowych warunkach pracy. Wartość ta służy głównie do oceny jakości samej pompy ciepła, nie uwzględnia pozostałej części systemu grzewczego.

Dla pompy ciepła z sondą gruntową (temperatura parowania ok. 0°C) i ogrzewaniem podłogowym ( temperatura zasilania ok. 35°C) można obliczyć np.: ${\ displaystyle T _ {\ tekst {zimny}} = 273 \ \ matematyka {K}}$${\ displaystyle T _ {\ text {ciepły}} = 308 \ \ mathrm {K}}$

${\ displaystyle \ varepsilon \ około 0 {,} 5 \ cdot {\ frac {308 \ \ mathrm {K}} {308 \ \ mathrm {K} -273 \ \ mathrm {K}}} = 4 {,} 4 }$

Jeżeli grzejnik grzejnikowy o temperaturze zasilania 55 °C ( ) ( temperatura parowania -0 °C) jest podłączony do tego samego obwodu pompy ciepła , to uzyskuje się znacznie niższy współczynnik wydajności: ${\ displaystyle T _ {\ text {ciepły}} = 328 \ \ mathrm {K}}$

${\ displaystyle \ varepsilon \ około 0 {,} 5 \ cdot {\ frac {328 \ \ mathrm {K}} {328 \ \ mathrm {K} -273 \ \ mathrm {K}}} = 3 {,} 0 }$

W przypadku stosowania sondy geotermalnej jako źródła ciepła temperatura parowania jest niezależna od temperatury otoczenia.

Pompa ciepła wykorzystująca powietrze otoczenia jako źródło ciepła ma znacznie niższą temperaturę parowania niż system z sondą geotermalną. Wraz ze wzrostem zapotrzebowania na ciepło spada temperatura otoczenia, a wraz z nią współczynnik wydajności. Ponadto współczynnik przenikania ciepła z powietrza do powierzchni parownika jest niski. Dlatego w parowniku stosowane są żebrowane rury o największej możliwej powierzchni. Do przepchnięcia powietrza przez powierzchnie parownika wymagany jest wentylator lub wentylator.

Jeżeli temperatura w parowniku spadnie poniżej punktu rosy, powstający kondensat (woda) musi zostać usunięty. Jeżeli kondensat spadnie poniżej punktu zamarzania w parowniku, współczynnik plastyczności spada do zera ze względu na izolacyjne działanie pokrywy lodowej. Urządzenia do odladzania są energetycznie bezsensowne, dostarczana jest taka sama ilość energii, jaka została wcześniej pobrana z zamrożonego kondensatu.

W poniższych obliczeniach COP zakłada się temperaturę zewnętrzną około 7 ° C i różnicę temperatur 12 ° C między temperaturą wlotu powietrza a temperaturą parowania czynnika chłodniczego. Przy (równym około -5 ° C) po stronie zimnej otrzymujemy: ${\ displaystyle T _ {\ tekst {zimny}} = 268 \ \ matematyka {K}}$

${\ displaystyle \ varepsilon \ około 0 {,} 5 \ cdot {\ frac {328 \ \ mathrm {K}} {328 \ \ mathrm {K} -268 \ \ mathrm {K}}} = 2 {,} 7 }$

Staje się jasne, że na współczynnik wydajności pompy ciepła duży wpływ ma konstrukcja wymiennika ciepła, skraplacza i parownika. Oblodzenie parownika nie jest brane pod uwagę. System w przykładowych obliczeniach jest przydatny tylko przy temperaturach zewnętrznych wyższych niż +12 ° C.

Dzięki sondzie geotermalnej dostępne jest źródło ciepła o stosunkowo wysokiej temperaturze niezależnie od panującej temperatury zewnętrznej, natomiast powietrze zewnętrzne jest niekorzystnym źródłem ciepła. Po stronie radiatora należy dążyć do małej różnicy temperatur między temperaturą pokojową a temperaturą przepływu nośnika ciepła przy jak największej powierzchni. W przedstawionych przykładach współczynnik wydajności różni się o współczynnik 1,8 między sondą gruntową/pompą ciepła ogrzewania podłogowego a pompą ciepła powietrze zewnętrzne/grzejnik.

W standardowych warunkach dostępne na rynku pompy ciepła osiągają wartości COP w zakresie od 3,2 do 4,5 przy źródle ciepła z powietrza otoczenia oraz od 4,2 do 5,2 przy wykorzystaniu energii geotermalnej, a trend jest rosnący.

Roczny współczynnik wydajności (JAZ)

Tak zwany roczny współczynnik wydajności (JAZ), zwany również sezonowym współczynnikiem wydajności (SPF), służy do oceny efektywności energetycznej systemu grzewczego z pompą ciepła . Wskazuje on stosunek ciepła uwalnianego w ciągu roku do zużytej energii napędowej i nie należy go mylić ze współczynnikiem wydajności wyznaczonym w znormalizowanych warunkach laboratoryjnych . Aby zapewnić porównywalność, ważne jest, aby jasno określić granice systemu . Roczny współczynnik mocy może zawierać dodatkowy nakład energii na napędy pomocnicze (pompy solanki, pompy wody gruntowej lub wentylatory powietrza itp.), które w przypadku nieprawidłowej konstrukcji stanowią znaczną część.

Roczny współczynnik wydajności oblicza się według następującego wzoru:

• ${\ displaystyle JAZ = {\ frac {\ int _ {t1} ^ {t2} {\ kropka {Q}} _ {\ text {Heiz}} \, dt} {\ int _ {t1} ^ {t2} P_ {\ matematyka {el}} \, dt}}}$

Na roczny współczynnik wydajności wpływa wiele czynników. Na przykład producenci dostarczają sprzęt i oprogramowanie o różnej jakości. To samo dotyczy pracy instalatorów. Ponadto temperatury, w których pompa ciepła musi pracować, zmieniają się w ciągu roku. Na przykład po stronie zlewozmywaka zimą dominuje ogrzewanie budynku ze stosunkowo niską temperaturą, podczas gdy latem przygotowanie ciepłej wody użytkowej o stosunkowo wysokich temperaturach. Całość projektu instalacji grzewczej z pompą ciepła m.in. B. głębokość sondy geotermalnej, wybór systemu magazynowania lub dystrybucji ciepła ma wpływ na jej skuteczność. Wahania temperatury można również zaobserwować po stronie źródła, ale są one silnie zależne od źródła. Temperatura powietrza podlega silnym wahaniom w przebiegu dobowym i sezonowym, natomiast temperatura gleby i wód gruntowych jest niewielka. Istotne są również lokalizacja i klimat.

JAZ w Niemczech mieści się w przedziale od 3 do 4,5, aw przypadku systemów wód podziemnych również powyżej 5. Możliwe są wartości odstające w obu kierunkach.

Równowaga ekologiczna

Pompy ciepła odgrywają ważną rolę w zrównoważonym wytwarzaniu ciepła, które jest fundamentalną częścią transformacji energetycznej . Większość badań na ten temat prowadzi do wniosku, że pompy ciepła muszą odgrywać centralną rolę w systemie energetycznym przyjaznym dla klimatu . Powodem tego jest to, że zarówno zdecentralizowane pompy ciepła, jak i duże pompy ciepła w systemach ciepłowniczych zmniejszają koszty ogólne. Mogą również pomóc w lepszej integracji odnawialnych źródeł energii z systemem energetycznym i, wraz z nimi, w dekarbonizacji sektora ciepłowniczego .

Jeżeli energia elektryczna wymagana do działania pomp ciepła z napędem elektrycznym pochodzi z bezemisyjnych źródeł, takich jak elektrownie wodne lub turbiny wiatrowe , można je wykorzystać do wytwarzania wydajnego i neutralnego dla klimatu ogrzewania. Spośród wszystkich technologii dostępnych obecnie na rynku, ogrzewanie pompą ciepła jest uważane za tę, która może w przyszłości w największym stopniu przyczynić się do globalnej redukcji emisji gazów cieplarnianych . IEA zakłada, że stosowanie pomp ciepła sama może zmniejszyć emisje gazów cieplarnianych o 8% czy 30% budynków są ogrzewane z pomp ciepła zamiast kopalnych napędzanych grzewczych systemów. Konwersja globalnego wytwarzania ciepła na systemy ogrzewania pompami ciepła, które są zasilane energią elektryczną z odnawialnych źródeł energii, oznaczałaby jednocześnie znaczny wzrost globalnej produkcji energii ze źródeł odnawialnych i wzrost efektywności systemu energetycznego.

Na kompatybilność środowiskową sprężarkowej pompy ciepła wpływa kilka czynników:

• Rodzaj wytwarzania energii elektrycznej ( bilans CO ₂ , emisje zanieczyszczeń),
• Rodzaj wytwarzania gazu (wydobycie, import, przetwarzanie biogazu ),
• Straty w przewodzeniu energii elektrycznej,
• Roczny współczynnik wydajności pompy ciepła,
• Potencjał globalnego ocieplenia czynnika chłodniczego.

Bilans gazów cieplarnianych

Sposób, w jaki wyprodukowano energię elektryczną potrzebną do pracy, ma decydujące znaczenie dla bilansu ekologicznego elektrycznych pomp ciepła. To, czy dwutlenek węgla zostanie zaoszczędzony, zależy w szczególności od rocznego wskaźnika wydajności i emisyjności wytwarzania energii elektrycznej. Różne paliwa w elektrowniach i domowych systemów grzewczych i ich współczynników emisji muszą być brane pod uwagę, tak że nawet z tym samym zapotrzebowanie na energię pierwotną, CO ₂ emisje w produkcji energii elektrycznej są wyższe (np jeśli skupiamy się na energetyce węglowej ) lub niższe (np. ze względu na wysoki udział energii odnawialnej lub jądrowej) może zawieść. W krajach o wysokim udziale bezemisyjnego wytwarzania energii, takich jak: B. Austria , gdzie elektrownia wodna jest dominującym źródłem energii elektrycznej, już teraz oszczędza emisje dwutlenku węgla przy rocznym współczynniku wydajności wynoszącym 1,0, podczas gdy w Estonii tylko przy rocznym współczynniku wydajności wynoszącym 5,1. W Niemczech wartość wynosi 2,2. Jako wartość porównawczą przyjęto kocioł gazowy o sprawności 95% i emisji 213 g/kWh.

W 2020 r. czasopismo Nature Sustainability opublikowało badanie, w którym przeanalizowano bilans CO ₂ systemów grzewczych pomp ciepła w całym cyklu życia (tj. produkcji, eksploatacji i recyklingu) zarówno w 2015 r., jak i w przyszłości. Autorzy najpierw zbadali średnią globalną, a następnie podzielili świat na 59 regionów, które następnie przeanalizowali indywidualnie w celu zidentyfikowania różnic regionalnych. Doszli do wniosku, że już w 2015 roku zastosowanie przeciętnej pompy ciepła wytworzyłoby znacznie mniej dwutlenku węgla w porównaniu z przeciętnym nowym systemem grzewczym opalanym paliwem kopalnym. Zgodnie z tym, pompy ciepła były zawsze bardziej przyjazne dla klimatu niż systemy ogrzewania opartego na paliwach kopalnych, gdy wykorzystywano energię elektryczną wytwarzającą mniej niż 1000 g CO _2e / kWh. Ponad 90% światowej produkcji energii elektrycznej jest poniżej tego poziomu emisji. Gdyby emisje z produkcji energii elektrycznej były poniżej 500 g CO _2e / kWh, pompy ciepła emitują mniej emisji niż bardzo wydajne nowe systemy grzewcze oparte na paliwach kopalnych w skali globalnej, nawet jeśli miałyby działać bardzo nieefektywnie. Podsumowując, autorzy doszli do wniosku, że pompy ciepła były już bardziej przyjazne dla klimatu niż systemy grzewcze na paliwa kopalne w 53 z 59 regionów na całym świecie, odpowiadając za 96% światowego zapotrzebowania na ciepło. Średnio emisje z ogrzewania pomp ciepła były o 35% niższe niż z ogrzewania kopalnego. Ponadto korzyści klimatyczne pomp ciepła ulegną dalszej poprawie w przyszłości wraz z oczekiwanym spadkiem emisji z wytwarzania energii elektrycznej, tak że ogólnie przejście na pompy ciepła prawie na pewno ograniczy emisje gazów cieplarnianych w większości regionów na całym świecie; nawet przy założeniu, że tej elektryfikacji ciepłownictwa nie będzie towarzyszyć dalsza dekarbonizacja wytwarzania energii elektrycznej.

Pompy ciepła mogą zawierać czynniki chłodnicze szkodliwe dla klimatu, takie jak R134a ( 1,1,1,2-tetrafluoroetan ), R404A (zamiennik czynnika chłodniczego dla R502 i R22 ( chlorodifluorometan )), R407C (zamiennik czynnika chłodniczego R22) lub R-410A . Jeden kilogram tego czynnika chłodniczego rozwija ten sam potencjał globalnego ocieplenia, co 1,3 do 3,3 tony CO ₂ . Nieprawidłowy recykling może prowadzić do uwolnienia tych substancji i odpowiedniej emisji gazów cieplarnianych. Istnieją jednak również przyjazne dla klimatu alternatywy, takie jak R744 , R290 , R600a lub R1270 .

Bilans energii pierwotnej

Ile energii pierwotnej jest zapisane wyniki bilansie energii pierwotnej energii elektrycznej. Dzięki współczynnikowi energii pierwotnej 1,8, który obowiązuje w Niemczech od 2016 r., pompy ciepła ze źródłem ciepła z powietrza zewnętrznego oszczędzają teraz również energię pierwotną w porównaniu z gazowymi kotłami kondensacyjnymi . Średnie wartości dla Niemiec podane są w poniższej tabeli. Największe oszczędności przynoszą pompy ciepła zasilane energią odnawialną , które bezpośrednio wytwarzają energię elektryczną bez strat termodynamicznych. W przypadku elektrowni kopalnych najlepiej sprawdzają się elektrownie gazowe i parowe ( elektrownie o cyklu kombinowanym ). Na przykład pompy ciepła o JAZ 3,5, które są zasilane energią elektryczną z elektrowni opalanej gazem, dostarczają 3,5 kWh energii cieplnej przy zużyciu energii pierwotnej 1,7 kWh.

Specyficzne zapotrzebowanie na energię pierwotną do wytworzenia 1 kWh energii elektrycznej

elektrownia	Zużycie energii pierwotnej	pozyskiwana z niej energia elektryczna	Ciepło użytkowe w JAZ 3,5
elektrownia węglowa	2,4 kWh	1 kWh	3,5 kWh
Elektrownia w cyklu kombinowanym	1,7 kWh
Elektrownia wodna , elektrownia wiatrowa , fotowoltaiczna , słoneczna elektrownia cieplna	1 , 0kWh
Elektrownia jądrowa	3 , 0kWh
Miks elektrowni w Niemczech	2,4 kWh

Niezależnie od kwestii związanych z energią pierwotną, pompy ciepła mogą również przyczynić się do zmniejszenia emisji niektórych zanieczyszczeń (dwutlenku węgla, tlenków azotu, drobnego pyłu, związków siarki itp.), ponieważ w przypadku stosowania paliw stałych i kopalnych ( węgiel kamienny , węgiel brunatny ) w elektrowni, wysoce skuteczne oczyszczanie gazów spalinowych (przynajmniej przy użyciu tego samego paliwa) zwykle wyraźnie niższe emisje niż powoduje lokalne spalanie.

Rodzaje instalacji i źródła ciepła

Systemy grzewcze z pompą ciepła można z grubsza podzielić według źródła ciepła:

• Powietrze (pompa ciepła na powietrze zewnętrzne lub powietrze wywiewane, w razie potrzeby z podgrzewaniem przez gruntowy wymiennik ciepła)
• Energia geotermalna (wytwarzanie ciepła przez sondy geotermalne lub kolektory, patrz poniżej)
• Woda (odzysk ciepła z wód gruntowych , powierzchniowych lub ścieków)
• Słońce ( system solarny ogrzewa zasobnik solanki)

Rozróżnia się w zależności od medium wytwarzania i rozpraszania ciepła:

• Pompa ciepła woda/woda (WWWP) z pozyskiwaniem ciepła z wód gruntowych poprzez studnie tłoczne i absorpcyjne , z wód powierzchniowych lub ścieków ,
• Pompy ciepła solanka/woda (SWWP) służą jako źródła ciepła:
  • Sondy i kolektory geotermalne ( kolektory spiralne, kolektory wykopowe, kosze geotermalne itp.)
  • energia słoneczna poprzez kolektory słoneczne i magazyny buforowe
  • środowisko poprzez masywne absorbery , ogrodzenia energetyczne itp.
• Pompa ciepła powietrze/woda (LWWP) z odbiorem ciepła z powietrza wywiewanego lub powietrza zewnętrznego , rzadziej również z podgrzewaniem przez wymienniki geotermalne , kolektory elewacyjne itp.; niedrogie i szeroko stosowane.
• Pompy ciepła powietrze-powietrze (LLWP) są stosowane tylko w dużych budynkach do ogrzewania lub chłodzenia powietrza nawiewanego z systemów wentylacyjnych ( systemy klimatyzacyjne )

W domach niskoenergetycznych do wytwarzania energii wykorzystywane jest powietrze wywiewane (np. kompaktowe urządzenia wentylacyjne w domach pasywnych ), ciepło ściekowe i słoneczne, a w handlu i przemyśle także ciepło technologiczne, które i tak jest wytwarzane. W systemie pompy ciepła można również połączyć kilka źródeł, na przykład poprzez wspólny obieg solanki po stronie źródła.

Oprócz systemów, które ogrzewają domy indywidualne, pompy ciepła mogą być również zintegrowane dzielnicy lub lokalnych sieci ciepłowniczych . Takie systemy zwykle mają moc w zakresie MW i są uważane za ważną technologię łączącą sektory energii elektrycznej i ogrzewania w przyszłych systemach energetycznych o wysokim udziale energii odnawialnej, zwłaszcza energii wiatrowej . W takich systemach pompy ciepła pełnią rolę dostarczania ciepła w okresach wysokiej produkcji energii elektrycznej ze źródeł odnawialnych, dzięki czemu nie trzeba eksploatować kotłów lub ciepłowni zasilanych paliwem kopalnym , co może zwiększyć efektywność energetyczną . Tak duże pompy ciepła mogą pracować z różnymi źródłami ciepła; m.in. niskotemperaturowe ciepło odpadowe z przemysłu, supermarketów , ścieki (np. z oczyszczalni ścieków ), woda pitna, wody przemysłowe i gruntowe, rzeki, jeziora oraz woda morska jako źródło ciepła.

Rodzaje pomp ciepła według źródeł ciepła

Powietrzna pompa ciepła

Powietrzna pompa ciepła wykorzystuje powietrze zewnętrzne ogrzane przez słońce do ogrzewania i przetwarzania gorącej wody. Wydajność gwałtownie spada przy szczególnie niskich temperaturach zewnętrznych. Dzięki biwalentnej - równoległej pracy pomp ciepła z niektórymi systemami kombinowanymi, wydajność można zwiększyć, włączając w tych przypadkach alternatywny system grzewczy w celu zapewnienia wymaganego obciążenia szczytowego. Oczywiście zwiększa to koszty. Termin „powietrzna pompa ciepła” jest używany w odniesieniu do różnych systemów. Dlatego zwykle dzieli się na bardziej zróżnicowane terminy:

• Pompy ciepła powietrze-woda pobierają ciepło z otaczającego powietrza poprzez wymiennik ciepła i przekazują je do istniejących obiegów grzewczych i/lub ciepłej wody (ogrzewanie podłogowe, grzejniki itp.).
• Pompy ciepła powietrze-powietrze pobierają ciepło z powietrza i udostępniają je systemowi ogrzewania powietrznego lub systemowi wentylacji.
• W przypadku bezpośredniej pompy ciepła ciepło jest odciągane z powietrza, które poprzez bezpośrednią kondensację jest doprowadzane do rur ogrzewania podłogowego ułożonych w jastrychu grzewczym bez dodatkowych strat na wymienniku ciepła. W przeciwieństwie do innych powietrznych pomp ciepła, czynnik chłodniczy przepływa bezpośrednio przez miedziane rury ogrzewania podłogowego. Bezpośrednia pompa ciepła nie ma pompy obiegowej ani wtórnego wymiennika ciepła. Bezpośrednia pompa ciepła nadaje się tylko do nowych budynków. Wadą jest to, że sterowanie poszczególnymi obiegami grzewczymi jest prawie niemożliwe.

W porównaniu z innymi pompami ciepła, powietrzne pompy ciepła są zwykle tańsze w zakupie, ale droższe w eksploatacji. Pompy ciepła powietrze-woda mogą być instalowane na zewnątrz i wewnątrz budynków, w zależności od marki. Sprawność powietrznej pompy ciepła maleje wraz ze spadkiem temperatury zewnętrznej. Powietrzne pompy ciepła mogą być instalowane w odnowionych starych budynkach oraz w nowych budynkach z obiegami ogrzewania powierzchniowego i mogą pracować zarówno w trybie monowalentnym, jak i biwalentnym (patrz wyżej rozdział dotyczący czynników chłodniczych). Istotne jest również zanieczyszczenie hałasem środowiska, co często sprawia, że ​​instalacja w pobliżu budynków jest problematyczna. Typowy poziom ciśnienia akustycznego w odległości jednego metra, na przykład 51 do 62 dB (A) (karta katalogowa Viessmann Vitocal 300-A) jest odbierany jako bardzo irytujący. W celu oceny emisji hałasu z powietrznych pomp ciepła, w przypadku braku konkretnego rozporządzenia administracyjnego określającego normę, stosuje się TA-Lärm odpowiedzialny za hałas przemysłowy i handlowy, który przewiduje różne wartości orientacyjne imisji w zależności od wyznaczenie obszaru mieszkalnego. We wspólnych obszarach mieszkalnych 55 dB(A) w dzień i 40 dB(A) w nocy przed oknem salonu wymagającego ochrony (salon, sypialnia, gabinet i kuchnia ze stołem jadalnym).

Roczny współczynnik wydajności nowoczesnego HP można poprawić, stosując technologię inwerterową . Niemniej jednak nadal występują duże odchylenia między rocznymi wynikami wydajności obliczonymi zgodnie z VDI 4650 a wartościami osiągniętymi w praktyce.

Wartości orientacyjne:

• Temperatura zasilania ogrzewania podłogowego 30 do 35°C
• Grzejniki / grzejniki temperatura zasilania 50 do 55 ° C
• Temperatura zasilania klimakonwektora wentylatorowego 35 do 45°C

Geotermalna pompa ciepła

Geotermalne pompy ciepła wykorzystują ciepło jawne z ciała Ziemi jako źródło energii. Wydobywane ciepło jest kompensowane głównie przez nagrzewanie ciała ziemskiego przez promieniowanie słoneczne i wodę deszczową. Tylko niewielka część pochodzi z wnętrza ziemi.

W Niemczech do obliczeń zwykle przyjmuje się temperaturę otoczenia 0 °C dla przypowierzchniowych kolektorów geotermalnych i 8°C dla wód gruntowych i głębokich sond geotermalnych.

Jeśli projekt jest nieodpowiedni, pompy ciepła z solanką mogą zamarzać zimą grunt (patrz wieczna zmarzlina ).

Typowe prace konserwacyjne dla geotermalnej pompy ciepła obejmują sprawdzenie składu chemicznego czynnika chłodniczego, sprawdzenie iw razie potrzeby czyszczenie filtra, analizę ciśnienia płynu w urządzeniu oraz sprawdzenie rur w domu pod kątem kondensacji.

Sondy geotermalne

(np. sondy CO ₂ ) to odwierty w ziemi do kilkuset metrów. Większość wierceń prowadzona jest do 50 metrów. Jeśli wydajność sondy geotermalnej jest niewystarczająca, wierconych jest kilka otworów wiertniczych w oparciu o obliczoną wydajność wydobycia. Wytaczanie to prosta i niezawodna metoda obsługi pompy ciepła, ponieważ nie trzeba rozkopywać całego ogrodu (jak to ma miejsce w przypadku kolektorów), a wydajność wyciągu jest również najwyższa. Wadą są wysokie koszty wiercenia.

Kolektory geotermalne

to „ wężownice grzewcze ” ułożone w gruncie na płytkiej głębokości (ok. 1 do 1,5 m, rozstaw ok. 1 m) . Ciepło oddawane jest głównie przez energię słoneczną i sączącą się wodę deszczową, dlatego kolektory przypowierzchniowe nie powinny być układane pod uszczelnionymi powierzchniami. Dopiero gdy poziom wód gruntowych jest bardzo wysoki, przyczynia się to również do odzysku ciepła.

Zdolność ekstrakcji zależy między innymi od przewodności cieplnej i magazynowania wody w glebie, a także od promieniowania słonecznego i wilgotności gleby. Kolektory przypowierzchniowe należy rozplanować w taki sposób, aby odczuwalne ciepło gruntu było wystarczające do zasilania. Dzięki oblodzeniu otoczenia można uzyskać dodatkowe ilości ciepła (ciepło latencji), ale gdy temperatura solanki spada (zapotrzebowanie na energię elektryczną wzrasta o ok. 2,5% na stopień Celsjusza).

Kolektory spiralne i kosze geotermalne jako wymienniki ciepła wymagają mniej miejsca niż kolektory geotermalne instalowane na dużej powierzchni i są tańsze niż głębokie odwierty. Nie ma również potrzeby dostępu do geotermalnej wiertnicy głębinowej.

Odzysk energii geotermalnej z tuneli

Tunele są coraz częściej wykorzystywane do generowania energii geotermalnej. Albo przez automatycznie przepływającą wodę, albo przez rury solanki w ścianach tunelu. Według badania przeprowadzonego przez Szwajcarski Federalny Urząd ds. Energii w 1995 r. około 30 MW ciepła można było uzyskać ze 130 z 600 tuneli i tuneli w Szwajcarii .

Wodna pompa ciepła

Pompa ciepła woda/woda (pompy ciepła woda/woda)

Tutaj woda gruntowa pobierana jest ze studni tłocznej i zawracana przez tzw. studnię ujętą . Tutaj jakość wody ma kluczowe znaczenie dla niezawodności systemu. Albo woda gruntowa jest podawana bezpośrednio do pompy ciepła przez parownikowy wymiennik ciepła, albo wymiennik ciepła jest najpierw podłączany między wodą gruntową a parownikowym wymiennikiem ciepła. Przed instalacją należy pobrać próbkę wody i porównać ją z wymaganiami producenta pompy ciepła. Ze względu na temperatury wód gruntowych, które często wynoszą około 7 do 11°C przez cały rok, pompy ciepła typu woda gruntowa mogą osiągać roczne współczynniki wydajności powyżej 5. Problemem jest zatykanie lub korozja części instalacji, przez które przepływa woda gruntowa w przypadku wody zawierającej żelazo i mangan. Co do zasady wymagane jest pozwolenie wodnoprawne (Urząd Wodny), gdyż eksploatacja oznacza ingerencję w bilans wód podziemnych.

Pompa ciepła do wody powierzchniowej

Woda z mórz , rzek i jezior nadaje się również jako źródło energii do pracy pomp ciepła. Uważa się, że potencjał takich źródeł ciepła jest bardzo duży: przy wahaniach temperatury o ± 0,2 ° C z samego Jeziora Bodeńskiego można uzyskać moc cieplną wynoszącą jeden GW . Pierwsze takie systemy zainstalowano w Jeziorze Bodeńskim w latach 60., ale nie są one jeszcze bardzo rozpowszechnione w Niemczech, podczas gdy w Szwajcarii jest ich znacznie więcej, a wykorzystanie jezior alpejskich do wytwarzania ciepła jest promowane politycznie. Takie systemy są również szeroko rozpowszechnione w Skandynawii i Japonii. W Wielkiej Brytanii zakłada się, że kilka milionów gospodarstw domowych można by ogrzać pompami ciepła, które czerpią energię z rzek i jezior. Zgodnie z planami resortu energii pompami ciepła ma być ogrzewanych łącznie 4,5 mln gospodarstw domowych. Pierwszy system, który wytwarza ciepło z Tamizy dla ponad 100 gospodarstw domowych i innych połączonych firm, został uruchomiony w marcu 2014 roku. Od 2016 roku największy system pomp ciepła wykorzystujący wodę morską znajduje się w Sztokholmie . Zaopatruje sieć ciepłowniczą, do której podłączonych jest 2,1 mln osób i ma moc około 420 MW.

Pompa ciepła do ścieków

W kanalizacji zainstalowana jest pompa ciepła do ścieków , która wykorzystuje ciepło ze ścieków . Szczególnie odpowiednie do zastosowania są większe rury kanalizacyjne. Dzięki nim można jednak również osiągnąć wysoką wydajność. W systemie kanalizacyjnym temperatury w ciągu roku utrzymują się w większości równomiernie między 12 a 20 stopni Celsjusza. Ponadto grunt wokół rur izoluje, co umożliwia buforowanie obciążeń szczytowych. Za ekonomiczne uważa się większe instalacje ogrzewające pomieszczenia administracyjne, szpitale, szkoły, osiedla mieszkaniowe czy kryte baseny o względnie stałym zapotrzebowaniu na ciepło. W przyszłości planowane jest czasowe magazynowanie ciepła odpadowego z procesów przemysłowych lub elektrowni w systemie kanalizacyjnym i odzyskiwanie go w razie potrzeby za pomocą pompy ciepła.

Zimne lokalne ogrzewanie

Ciepłowniczy zimno lub na zimno ciepłownicza jest wariant techniczny sieci zaopatrzenia w ciepło, które działa przy niskich temperaturach transferowych zbliżona do temperatury gruntu, a więc znacznie poniżej konwencjonalnej dzielnicy lub lokalnych systemach grzewczych . Ponieważ te temperatury robocze nie są wystarczające do produkcji ciepłej wody i ogrzewania, temperatura u klienta jest podnoszona do wymaganego poziomu za pomocą pomp ciepła. W ten sam sposób można również wytwarzać chłód, a ciepło odpadowe oddawać z powrotem do sieci ciepłowniczej. W ten sposób podmioty stowarzyszone są nie tylko klientami, ale mogą działać jako prosumenci, którzy w zależności od okoliczności mogą albo konsumować, albo produkować ciepło. Podobnie jak zwykłe geotermalne pompy ciepła, zimne lokalne sieci ciepłownicze mają tę przewagę nad powietrznymi pompami ciepła, że ​​pracują wydajniej ze względu na niższą różnicę temperatur między źródłem ciepła a temperaturą ogrzewania. Jednak w porównaniu z geotermalnymi pompami ciepła, zimne lokalne sieci ciepłownicze mają tę dodatkową zaletę, że nawet na obszarach miejskich, gdzie problemy przestrzenne często uniemożliwiają zastosowanie geotermalnych pomp ciepła , ciepło może być magazynowane sezonowo poprzez centralne magazynowanie ciepła i różne profile obciążenia w różnych budynkach, jeśli to konieczne, zrównoważyć zapotrzebowanie na ciepło i Włącz chłodzenie.

Szczególnie nadaje się do stosowania tam, gdzie znajdują się różne typy budynków (budynki mieszkalne, firmy, supermarkety itp.) i dlatego istnieje zapotrzebowanie zarówno na ogrzewanie, jak i chłodzenie, co umożliwia zbilansowanie energii w krótkich lub długich okresach czasu. Alternatywnie, sezonowe systemy magazynowania ciepła umożliwiają zbilansowanie podaży i zapotrzebowania na energię. Korzystając z różnych źródeł ciepła, takich jak B. Ciepło odpadowe z przemysłu i handlu oraz połączenie źródeł ciepła i radiatorów może również tworzyć synergie, a dostawy ciepła mogą być dalej rozwijane w kierunku gospodarki o obiegu zamkniętym . Poza tym niska temperatura robocza zimnej sieci grzewczej umożliwia w nieskomplikowany sposób doprowadzanie do sieci mało użytecznego ciepła odpadowego o niskiej temperaturze. Jednocześnie niska temperatura pracy znacznie ogranicza straty ciepła w sieci ciepłowniczej, co w szczególności ogranicza straty energii latem, kiedy zapotrzebowanie na ciepło jest niewielkie. Roczna współczynnik wydajności pomp ciepła jest stosunkowo wysokie w porównaniu do pompy ciepła z powietrza. Badanie 40 systemów zleconych do 2018 r. wykazało, że pompy ciepła osiągnęły roczny współczynnik wydajności co najmniej 4 w większości przebadanych systemów; najwyższe wartości to 6.

Pompy ciepła w zależności od typu napędu

Jak opisano powyżej, część mocy grzewczej pomp ciepła jest zwykle uzyskiwana przez sprężanie . Dzięki wyższemu ciśnieniu czynnik nagrzewa się rozpraszająco, a następnie jest wykorzystywany do ogrzewania. W zależności od zastosowania, bardziej odpowiednie mogą być różne typy napędu.

Silnik elektryczny

Najpopularniejszym wariantem spotykanym w domach jednorodzinnych jest silnik elektryczny. Silnik sterowany przez przetwornicę częstotliwości napędza sprężarkę spiralną lub śrubową . Zalety czystej elektrycznej pompy ciepła tkwią w niskim możliwym zakresie mocy systemów i wyłącznym wykorzystaniu energii elektrycznej jako źródła energii. Nie jest wymagany komin ani przewody paliwowe. Wadami są niższa sprawność przy niskich temperaturach otoczenia lub wód gruntowych oraz jednostronna zależność od sieci energetycznej.

Silnik gazowy

Silniki gazowe mogą być używane w większych obiektach, takich jak budynki mieszkalne, działalność handlowa lub supermarkety . Silniki Gas-Otto przystosowane do pracy z gazem ziemnym lub innymi gazami (propan, butan itp.) są instalowane jako napędy sprężarek. Nieco bardziej skomplikowane układy opłacają się tylko w większych budynkach lub w lokalnych sieciach ciepłowniczych, ale oferują trzy dodatkowe, równoczesne z ciepłem odpadowym silnika (od 75°C do 90°C) i ciepłem w spalinach (kilka 100°C). C) jak również chłodzenie w parowniku Obwody temperaturowe dla szerokiej gamy zastosowań. Za pomocą biometanu przetwarzane na bio gazu ziemnego jako paliwa, pompy ciepła, silnik gazowy, może być także obsługiwany w CO ₂ neutralny sposób.

Inna zasada działania wykorzystuje paliwo gazowe do napędzania gorącej części silnika Stirlinga , która po stronie zimnej służy bezpośrednio jako sprężarka w obwodzie chłodniczym bez dalszych stratnych konwersji. Zgodnie z tą zasadą, zakres wydajności domów jednorodzinnych można pokryć również w ekonomiczny i przyjazny dla środowiska sposób. Ze względu na wyższą temperaturę zasilania w porównaniu do sprężarkowych pomp ciepła napędzanych silnikiem elektrycznym, technologia ta jest szczególnie odpowiednia do renowacji starych istniejących budynków.

Palnik gazowy

Jeśli do termicznego sprężania czynnika chłodniczego używany jest palnik gazowy ( sorpcyjna pompa ciepła ), można jeszcze bardziej zmniejszyć zależność od sieci energetycznej. Tutaj oprócz funkcji czystej cyrkulacji do wstępnego sprężania używana jest tylko mała pompa elektryczna. Właściwe sprężanie następuje w wyniku ogrzewania palnikami gazowymi, które osiągają wysoką, czysto cieplną sprawność bez mechanicznych strat konwersji. Redukcja ruchomych elementów skutkuje również niższym wewnętrznym zużyciem energii elektrycznej. Podobnie jak pompy ciepła z silnikami gazowymi, pompy ciepła na czysty gaz są nieco droższe w inwestycjach i opłacają się tylko w niektórych rozmiarach systemów lub w lokalnych sieciach grzewczych. Mogą być również eksploatowane w sposób neutralny pod względem emisji CO ₂ , wykorzystując biometan, który został przekształcony w biogaz ziemny jako paliwo . To samo dotyczy również przypadku dodania palnika gazowego do elektrycznej pompy ciepła w celu ogrzewania szczytowego obciążenia.

Systemy hybrydowe i mieszane

Solarna pompa ciepła do przechowywania lodu / pompa ciepła utajonego / pompa ciepła z bezpośrednim parowaniem

Solarny system magazynowania lodu składa się z dużego zbiornika na wodę, który podczas zamarzania do 0°C wykorzystuje czynnik chłodzący (np. mieszaninę wody z glikolem) do udostępnienia tzw. ciepła krystalizacji do wykorzystania ciepła.

Proces oblodzenia, który występuje, gdy dalsze ciepło jest pobierane, jest zamierzony, ponieważ zmiana fazy z wody w lód przynosi dalsze zyski energetyczne. Temperatura pozostaje stała na poziomie 0°C, ale uwalniane są kolejne 93 Wh/kg energii krystalizacji, którą może wykorzystać pompa ciepła. Jest to ta sama ilość energii, która jest uwalniana, gdy woda jest schładzana z 80 do 0 ° C.

System w dużej mierze odpowiada systemowi pompy ciepła woda-woda. Jednak schłodzona woda nie tylko nadal przepływa jako woda gruntowa, ale służy również bezpośrednio jako czynnik chłodzący latem, który może być używany w trybie odwrotnym (system klimatyzacji) po prostu przez pompę obiegową w ogrzewaniu domu bez odnawiania energii. intensywny, kosztowny proces wymiany ciepła, a tym samym częściowo regeneruje zbiornik akumulacyjny.

Regeneracja odbywa się w sposób ciągły przez wszystkie źródła energii, których temperatura przekracza 0 stopni.

Entalpia - zawartość "ciepła" "magazynu lodu" - wynosi 333,5 kJ/kg lub 85 kWh/m³ lodu. To dobre 8 litrów oleju opałowego na metr sześcienny. System musi być odpowiednio zwymiarowany wokół wężownic chłodzących, wokół których z czasem tworzy się płaszcz lodowy, co utrudnia dalsze pozyskiwanie energii.

Popularne modele z solarnym zasobnikiem lodu ok. 12 m³ i 5 słonecznymi kolektorami powietrznymi (à 2 m²) na dachu oferują w trybie monowalentnym około 1800 godzin pełnego obciążenia rocznie w trybie ogrzewania z maksymalnym obciążeniem grzewczym 7,5 kW.

Teoretycznie pompa ciepła woda/woda do całorocznego ogrzewania, w tym podgrzewania ciepłej wody użytkowej, jest nadal pierwszym wyborem. Jednak w lecie wydatki na energię na chłodzenie są prawdopodobnie bardziej opłacalne w przypadku systemu przechowywania lodu. Dlatego systemy konkurują ze sobą o ogólną efektywność energetyczną.

W warunkach referencyjnych Stiftung Warentest ogrzewanie słoneczne osiąga roczny współczynnik wydajności systemu (SJAZ) wynoszący ok. 5 (w tym wentylatory poboru mocy, pompy itp. oraz w tym bezpośrednio wykorzystywane ciepło słoneczne).

Sezonowe magazyny podziemne plus pompa ciepła

W przypadku magazynowania podziemnego istnieje możliwość wykorzystania tego jako długoterminowego magazynowania energii. Składa się on z izolowanego podziemnego zbiornika magazynowego, przez który przebiega określony system rur z tworzywa sztucznego. Nadwyżki z innych źródeł ciepła, takich jak słoneczna energia cieplna, są buforowane. Powoduje to wzrost temperatury źródła dla pompy ciepła średnio o 10°C w porównaniu do kolektorów powierzchniowych. Źródła ciepła o stosunkowo niskich temperaturach, które nie mogą być wykorzystane bezpośrednio do ogrzewania, mogą być również zasilane do podziemnego zbiornika magazynowego. Oprócz (solanki) lub mieszaniny wody z glikolem, jako nośnik ciepła można również stosować czystą wodę.

Praca bez płynu niezamarzającego umożliwia stosowanie w obszarach ochrony wody pitnej. Podstawą tego jest kontrolowany poziom temperatury w podziemnym magazynie, który wynosi w przybliżeniu od +5°C do +23°C w zależności od zmian pór roku.

System w dużej mierze odpowiada pompie ciepła solanka-woda ze specjalną technologią sterowania i może ogrzewać i chłodzić jak porównywalne systemy. Podstawowymi źródłami ciepła są nadwyżki z systemów solarnych lub ciepła technologicznego.

Podziemny zbiornik magazynowy o pojemności ok. 100–120 m³, skoordynowana pompa ciepła i płaskie kolektory słoneczne o powierzchni ok. 12–14 m² pokrywają w trybie ogrzewania obciążenie grzewcze ok. 10 kW.

System magazynowania podziemnego jest wykorzystywany w nowych budynkach m.in. D. Zwykle montowany pod płytą stropową w celu wykorzystania efektu synergii z wszelkimi pracami, które i tak trzeba wykonać, np. posadowienie, zabezpieczenie przeciwmrozowe , fundamenty, izolacja płyty stropowej itp. Wykorzystanie w istniejących budynkach, a także w obszarach śródmiejskich wydaje się problematyczne, ponieważ niezbędna przestrzeń może być tam niedostępna. W obszarze, w którym montowany jest podziemny zbiornik magazynowy, w miarę możliwości nie powinna przepływać woda gruntowa, ponieważ w przeciwnym razie uszczelnienie kładzie się na większe wymagania.

Systemy długoterminowego magazynowania energii muszą być jedynie zgłaszane do władz wodnych niższego szczebla, ponieważ są one zwykle instalowane zaledwie 1,20–1,50 m poniżej płyty podłogowej, a grunt nie jest wykorzystywany jako źródło ciepła. Ze względu na niewielką głębokość zabudowy nie dochodzi do penetracji warstw przenoszących wodę gruntową.

BAFA promuje systemy magazynowania lodu i izolowane systemy magazynowania energii geotermalnej, takie jak eTank w ramach promocji innowacji „Pompy ciepła o zwiększonej wydajności systemu”. Należy przestrzegać minimalnej pojemności magazynowej, a osiągnięcie rocznego współczynnika wydajności systemu (SJAZ) wynoszącego 4,1 musi być potwierdzone symulacją. Producent sezonowego podziemnego zbiornika magazynowego eTank został nominowany do nagrody za innowacyjność krajów związkowych Berlina i Brandenburgii w 2015 roku.

Pompa ciepła powietrze/woda solanka/woda (hybrydowa pompa ciepła)

Pompa ciepła powietrze/woda solanka/woda to hybrydowa pompa ciepła wykorzystująca w swojej konstrukcji wyłącznie odnawialne źródła energii. Łączy ciepło powietrza i ciepło geotermalne w jednym kompaktowym urządzeniu. To odróżnia ten system hybrydowy od innych systemów, które również wykorzystują co najmniej dwa źródła ciepła. Stanowią one w większości mieszankę konwencjonalnej technologii grzewczej (technologia gazowo-kondensacyjna) i odnawialnych źródeł energii.

Pompa ciepła powietrze/woda solanka/woda (hybrydowa pompa ciepła) jest wyposażona w dwa parowniki (parownik powietrza zewnętrznego i parownik solanki), oba podłączone do obwodu pompy ciepła. Pozwala to na wykorzystanie najbardziej ekonomicznego źródła ciepła w danym momencie w porównaniu z warunkami zewnętrznymi (np. temperatura powietrza). System hybrydowy automatycznie wybiera najbardziej efektywny tryb pracy (ciepło powietrza lub ciepło geotermalne). W zależności od trybu pracy źródła energii z powietrza i energii geotermalnej mogą być wykorzystywane równolegle lub alternatywnie.

Tryby działania

Z reguły rozróżnia się trzy tryby pracy:

• Tryb monowalentny = tylko pompa ciepła, nadaje się do wszystkich niskotemperaturowych systemów grzewczych do maksymalnej temperatury zasilania 55 ° C.
• Praca biwalentna = pompa ciepła i dodatkowe źródło ciepła (np. kolektory słoneczne, kocioł gazowy, grzałka elektryczna itp.)
  • Alternatywa biwalentna = pompa ciepła dostarcza całą energię grzewczą do określonej temperatury zewnętrznej. Jeśli wartość spadnie poniżej tej wartości, pompa ciepła wyłącza się i drugi generator ciepła przejmuje ogrzewanie.
  • Biwalentny-równoległy = tak jak w biwalentnym alternatywnym trybie pracy, pompa ciepła dostarcza całą moc grzewczą do określonej wartości, ale pompa ciepła wyłącza się dopiero po drugiej wartości granicznej. W międzyczasie włączany jest drugi generator ciepła. W przeciwieństwie do biwalentnej pracy alternatywnej, udział pompy ciepła w rocznej produkcji jest znacznie większy.
• Tryb monoenergetyczny = pompa ciepła i elektryczne ogrzewanie dodatkowe (głównie w niedrogich modelach). Pompa ciepła zapewnia niezbędną moc grzewczą przez większą część roku. W bardzo niskich temperaturach (poniżej -7 ° C) moc grzewcza jest niewystarczająca i element grzejny jest włączony.

Odwrotna operacja

Wiele pomp ciepła może również działać w odwrotnej kolejności, aby schłodzić dom. Rozróżnia się chłodzenie pasywne za pomocą sond wód gruntowych lub głębokich oraz chłodzenie aktywne poprzez odwrócenie procesu. Grzejniki klasyczne nie nadają się jednak do chłodzenia pomieszczeń, ponieważ stosunkowo niewielka powierzchnia grzejnika umożliwia jedynie ograniczony transfer ciepła.

Struktura cykli

Rodzaje systemów można rozróżnić na podstawie liczby obiegów płynów . Oddzielenie obiegów poprzez pośrednie dostarczanie ciepła parowania z otoczenia i odprowadzanie energii kondensacji przez sieć ciepłowniczą jest korzystne z punktu widzenia techniki sterowania (ale ze stratami energii), ilości czynnika chłodniczego i prawdopodobieństwa przecieki są niskie.

System 3-obwodowy

Systemy grzewcze z pompą ciepła przez długi czas wykorzystywały ten rodzaj systemu. Stosowana jest solanka w postaci odwiertu głębokiego lub kolektora powierzchniowego. W tym przypadku solanka krąży jako czynnik transmisyjny w obiegu zamkniętym i odbiera ciepło z gruntu, aby przekazać je do obiegu czynnika chłodniczego w pompie ciepła. W trzecim obiegu, ogrzewaniu pomieszczeń, krąży woda, która jest ogrzewana przez pompę ciepła za pośrednictwem wymiennika ciepła. W tego typu systemie sonda CO ₂ może być również wykorzystana jako kolektor w głębokim otworze wiertniczym. Zaletą (pod względem wydajności) w porównaniu z solanką w głębokim odwiercie jest energia, która nie jest potrzebna do obiegu medium w kolektorze.

System 2-obwodowy

Nazywa się je również systemami bezpośrednimi, ponieważ nie mają oddzielnego obiegu solanki. Nie ma przekazywania ciepła z obiegu kolektora (solanki) do obiegu roboczego pompy ciepła. Czynnik chłodniczy bezpośrednio pochłania ciepło (bezpośrednie parowanie). Daje to przewagę energetyczną co najmniej 5 stopni. Pominięcie pompy cyrkulacyjnej solanki zmniejsza zużycie energii. W przypadku używania kolców gruntowych jako źródła ciepła, bezpośrednie parowanie nie jest możliwe; należy zastosować obieg solanki.

System 1-obwodowy

Czynnik chłodniczy krąży w rurach ogrzewania pomieszczeń, w pompie ciepła oraz w kolektorze w ogrodzie we wspólnym obiegu zamkniętym. Dzięki temu w domu nie zachodzi przenoszenie ciepła do wody jako czynnika grzewczego. System ten ma zalety energetyczne, ponieważ pompa cyrkulacyjna i spadek temperatury na wymienniku ciepła do obiegu grzewczego nie są wymagane. Czynnik chłodniczy jest zwykle podawany do kolektorów ogrzewania podłogowego w postaci gorącego gazu i skrapla się w układzie skraplacza. Problemy z tym układem to:

• znacznie większe ilości napełnienia czynnikiem chłodniczym,
• skomplikowane orurowanie skutkuje większym prawdopodobieństwem przecieków,
• problematyczny powrót oleju z kolektora podłogowego,
• zależny od obciążenia rozkład czynnika chłodniczego w całym systemie,
• trudna regulacja i wzajemne oddziaływanie powierzchni kolektorów podłogowych.

Tylko kilku (około dwóch lub trzech) producentów odważyło się wdrożyć tego typu system w 2007 roku, ponieważ trudno było go kontrolować pod względem technologii systemu (ciśnienie i temperatura czynnika chłodniczego oraz czas pracy pompy ciepła).

Dystrybucja wody grzewczej / tymczasowe magazynowanie

Jeśli ciepło dostarczane przez pompę ciepła jest chwilowo niewystarczająco zużyte/wykorzystane, ciepłą wodę można tymczasowo magazynować; odbywa się to w dużym, izolowanym termicznie zbiorniku, zbiorniku buforowym . Ten czołg posiada ja. D. Zwykle kilkaset litrów wody. Przepływ wody krąży teraz między zbiornikiem a grzejnikami lub ogrzewaniem podłogowym w celu ogrzewania. Pompa ciepła podgrzewa wodę w zbiorniku.

dystrybucja

Corocznie nowo instalowane systemy grzewcze z pompą ciepła w Niemczech (DE) i Austrii (AT)

rok	DE	W
1995	1200	5.124
1996	2300	5312
1997	3600	4957
1998	4400	4819
1999	4800	4612
2000	5700	4795
2001	8200	5590
2002	8300	5780
2003	9890	6935
2004	12.900	7968
2005	18 900	9795
2006	44 000	13.180
2007	44 600	15148
2008	62 500	18,705
2009	54 800	18,138
2010	51 000	16 962
2011	57 000	16 398
2012	59 500	18,861
2013	60 000	19,175
2014	58 000	21 439
2015	57 000	23 014
2016	66 500	22 994
2017	78 000	?
2018	84 000	?
2019	86 000	?
2020	120 000	?

W kontekście zwiększania efektywności energetycznej oraz ograniczania zużycia energii i emisji gazów cieplarnianych, pompy ciepła odgrywają ważną rolę w polityce energetycznej UE . Ich udział w rynku rośnie, nie tylko dzięki środkom subsydiowania. Ważnymi rynkami zbytu są Francja, Szwecja, Norwegia, Niemcy i Finlandia. W 2010 roku w UE-20 zainstalowano w sumie 750 000 pomp ciepła, których oszczędność energii szacuje się na 36,6 TWh.

Niemcy

Udział w rynku ogrzewania pompami ciepła w nowych budynkach jest bardzo specyficzny dla danego kraju. W Niemczech udział ogrzewania pompami ciepła w nowych budynkach stale rośnie od 2000 r., z wyjątkiem niewielkich wahań. Podczas gdy w 2000 r. tylko 0,8% wszystkich nowych budynków było ogrzewanych pompami ciepła, w 2006 r. pompy ciepła po raz pierwszy osiągnęły dwucyfrowy udział 11,6%. W 2010 roku ich udział wynosił już 23,6%; wartość, która pozostała dość stabilna przez kilka następnych lat, ale ponownie spadła do 19,9% w 2014 roku. Następnie ponownie wzrósł i osiągnął udział w wysokości 33,5% w 2020 roku. To stawia pompy ciepła na drugim miejscu wśród najczęściej instalowanych technologii grzewczych w nowych budynkach, zaraz za ogrzewaniem gazowym z 33,8% i przed ciepłownictwem miejskim z 25,7%. W całym systemie ciepłowniczym ich udział jest jednak nadal do opanowania i wynosi 2,6%.

Austria

W Austrii w latach 1975-2005 zainstalowano łącznie 190 200 systemów pomp ciepła. Większość rocznych pomp ciepła zainstalowano w 1986 i 1987 roku (ponad 13.000 pomp ciepła rocznie).

Szwajcaria

W Szwajcarii udział w rynku nowych budynków wynosi około 75%. Spec. Koszt ogrzewania pompą ciepła z wykorzystaniem energii geotermalnej to 3,9  Rp /kWh. (około 3,2 centa / kWh), podczas gdy konwencjonalne ogrzewanie olejowe o spec. Należy oszacować koszty na poziomie 7,9 centa/kWh (około 6,6 centa/kWh). Finansowanie państwowe jest zatem zbędne. W 2017 roku pompy ciepła zainstalowano w 18,4% gospodarstw domowych. 17,9% gospodarstw domowych wykorzystywało pompę ciepła jako główne źródło ciepła, 0,5% jako dodatek.

koszty

Inwestycje bezpośrednie

Początkowa inwestycja w systemy pomp ciepła jest wyższa niż w konwencjonalnych kotłach opalanych gazem lub olejem. Nie ma żadnych dodatkowych kosztów, takich jak montaż komina w nowym budynku. Nie ma również potrzeby przechowywania opału w przypadku oleju, peletu czy drewna.

Systemy ogrzewania z pompą ciepła oparte na kolektorach geotermalnych lub sondach geotermalnych są dość kosztowne ze względu na ich instalację (kilka otworów wiertniczych do co najmniej 50 metrów lub wykopy na dużą skalę) i mogą być stosowane tylko ekonomicznie w nowych budynkach. Zwłaszcza kolektory gruntowe wymagają stosunkowo dużych działek, co jest trudne do osiągnięcia w obszarach metropolitalnych. W przypadku niewielkich powierzchni posesji oraz dla istniejących budynków alternatywą są kolektory spiralne/kosze geotermalne, np. w trakcie renowacji energetycznej starego budynku.

Nawet w przypadku pomp ciepła, które wykorzystują wodę gruntową jako źródło energii, koszty inwestycji i zapotrzebowanie na powierzchnię nieruchomości są wysokie. Z reguły studnia tłoczna i zatłaczająca (w odległości co najmniej około 15 m w przybliżeniu w kierunku przepływu wód gruntowych, głębokość wystarczająco poniżej poziomu wód gruntowych) oraz podziemna linia przyłącza do systemu muszą być wybudowany. Odwierty wiercone są o średnicy od 15 do 30 cm lub w przypadku wysokich wód gruntowych projektowane są jako szyby do ok. 4 m. Zamiast studzienki ściekowej buduje się czasami tylko tańszy szyb odwadniający, który jednak zmienia gospodarkę wodną nieruchomości i dlatego zwykle nie jest dozwolony. Ponadto konieczna jest nieco wyższa wydajność pompowania pompy zasilającej, ponieważ traci się energię wysokości pompowanej wody. Na niektórych obszarach dopuszczalne jest jednak jednoczesne wykorzystanie wód gruntowych do nawadniania ogrodów letnich. Koszty są bardzo zróżnicowane w zależności od warunków konstrukcyjnych. Ponadto istnieją dodatkowe koszty związane z badaniem gleby i procesem zatwierdzania.

Niższe koszty inwestycyjne są ponoszone przy systemach opartych na powietrzno-wodnych lub powietrzno-powietrznych, ponieważ koszty zakupu i instalacji są znacznie niższe. Jednak w przypadku systemów powietrzno-wodnych lub powietrzno-powietrznych można spodziewać się znacznie gorszego współczynnika wydajności w okresie zimowym, co oznacza, że ​​koszty eksploatacji są wyższe niż w przypadku systemów naziemnych. Pompa ciepła typu powietrze-woda jest zatem dobrze przystosowana do pracy biwalentnej z istniejącym systemem ogrzewania kopalnego, który obejmuje obciążenia szczytowe i bardzo niskie temperatury zewnętrzne.

Kolejną inwestycją, którą należy rozważyć przy wykorzystaniu tańszego prądu grzewczego, jest instalacja drugiego licznika energii elektrycznej, co może skutkować rozbudową skrzynki elektrycznej w istniejących budynkach.

koszty operacyjne

Olej opałowy

Litr oleju opałowego kosztuje obecnie około 50 centów (stan na 19 października 2016 r.) i zawiera około 9 do 10 kWh energii cieplnej. Daje to cenę około 5 do 6 centów / kWh za olej. Olejowe kotły kondensacyjne mają podczas pracy średnią sprawność około 90%. Daje to cenę od 5,6 do 6,6 centów/kWh ciepła do wytwarzania ciepła użytkowego. Nie uwzględniono zapotrzebowania na energię pompy sprężającej należącej do palnika olejowego i wentylatora mieszającego rozpylony olej z powietrzem.

gazu ziemnego

Cena paliwa za gaz ziemny we wrześniu 2014 r. wyniosła 5 centów za kWh przy rocznym zapotrzebowaniu 20 000 kWh. Jednak według badań Öko-Institut , gazowe kotły kondensacyjne o sprawności związanej z wartością opałową powyżej 100% nadal wymagają 1,114 kWh energii pierwotnej na kWh energii użytkowej. Obejmuje to również energię elektryczną, która jest również wymagana dla wentylatora wyciągowego. Powodują więc koszty rzędu 5,6 centa/kWh ciepła użytkowego.

Niska taryfa energii elektrycznej

Przy aktualnej cenie energii elektrycznej brutto 22,51 centów/kWh (taryfa energii elektrycznej przez pompę ciepła na dzień 04/2013, w tym wszystkie podatki i opłaty) i rocznym współczynniku wydajności JAZ ogrzewania pompy ciepła 4,0 w najlepszym przypadku, generowanie ciepło użytkowe przy użyciu powietrza-woda kosztuje -Pompa ciepła co najwyżej 5,6 eurocentów/kWh (brutto). Istnieją również taryfy zmienne, które różnią się między innymi w zależności od aktualnej dostawy energii elektrycznej. Od końca 2010 roku każdy dostawca energii elektrycznej w Niemczech musi korzystać z takiej taryfy. Przez zajmowaną przez właściciela energię elektryczną z fotowoltaiki ( koszty wytwarzania energii elektrycznej ok. 12/kWh (6/2014)) Koszty operacyjne mogą być jeszcze bardziej obniżone.

Nie ma kosztów kominiarza, jeśli nie ma dodatkowego pieca kaflowego lub podobnego.

Taryfa pompy ciepła oferowana przez dostawcę energii elektrycznej jest znacznie tańsza niż stosowana taryfa dla gospodarstw domowych. Z ekonomicznego punktu widzenia, wyższe koszty inwestycyjne pompy ciepła w porównaniu z palnikiem olejowym lub gazowym, cena energii elektrycznej oferowana za pompę ciepła i jej czasy pracy oraz wydajność pompy ciepła muszą być brane pod uwagę jak w każdym ekonomicznym obliczenie.

Zagrożenia

W szczególności wydobycie energii geotermalnej przez studnie geotermalne jest obarczone ryzykiem. W Staufen im Breisgau, po odwiertach pod geotermalne pompy ciepła w 2006 i 2007 roku, grunt w historycznym centrum miasta znacznie się podniósł. Budynki rozwinęły pęknięcia . Szacunkowa kwota szkód to 50 mln euro. Niektóre z odwiertów stworzyły połączenie między warstwą wód gruntowych a warstwą gipsu kajcynowego . Gdy woda przeniknęła do anhydrytu osadzonego w gipsowej warstwie kałuży , nastąpiła reakcja chemiczna i powstał gips. Towarzyszy temu znaczny wzrost wolumenu. Ziemia wznosiła się w centrum miasta. Podobne przypadki miały miejsce w Böblingen, Kamen, Rudersberg i Schorndorf. Grunt nie zawsze się podnosił, w niektórych przypadkach odwierty powodowały również zapadanie się podłoża. Wiercenie geotermalne w Bazylei zostało odwołane z powodu niespodziewanie silnych trzęsień ziemi wywołanych przez wiercenie.

Znaczenie gospodarcze

Z ekonomicznego punktu widzenia systemy ogrzewania gazowego i olejowego uzależniają je od innych krajów, ponieważ ponad 90% niemieckiego zużycia gazu ziemnego i oleju mineralnego musi być importowane. Ponadto zasoby te są ograniczone i podlegają niekiedy drastycznym wahaniom cen. W zależności od figury wydajności pompy ciepła, jak również efektywność i paliwa do marginalnej mocy elektrowni, zużycie ogrzewania zmiany oleju lub gazu ziemnego z domu do węgla kamiennego lub brunatnego w paliwami kopalnymi elektrowni cieplnych . Zmniejsza to zależność od importu drogich surowców energetycznych, takich jak ropa i gaz ziemny. Wraz ze wzrostem udziału OZE (udział w miksie elektroenergetycznym w 2017 r.: 36%), oraz budową bardziej wydajnych elektrowni konwencjonalnych , zależność od importu energii spada również w sektorze ciepłowniczym.

Ponadto badanie zlecone przez Federalne Ministerstwo Gospodarki wykazało, że systemy ogrzewania pompami ciepła mogą przyczynić się do lepszej integracji energii odnawialnej z siecią, zwłaszcza energii wiatrowej , a także do zdecentralizowanego zarządzania obciążeniem na rynku energii elektrycznej. Dzięki przyjaznej dla sieci pracy pomp ciepła integracja z siecią zmiennych źródeł zasilania może być ekonomicznie bardziej korzystna.

W połączeniu z systemami fotowoltaicznymi

W interakcji z fotowoltaiką na budynku można osiągnąć własne dostawy energii odnawialnej do ujemnego rocznego bilansu energii - tj. nadwyżki energii elektrycznej. Samowystarczalna eksploatacja budynku nie jest jeszcze możliwa. W praktyce należy uwzględnić sezonową różnicę w wytwarzaniu energii elektrycznej z fotowoltaiki. Zwłaszcza w mroźne i ciemne zimowe dni zwykłe systemy fotowoltaiczne w budynkach mieszkalnych nie generują wystarczającej ilości energii, aby pokryć codzienne potrzeby gospodarstwa domowego i pompy ciepła. W tym czasie energia elektryczna potrzebna do pracy pompy ciepła musi być pobierana z sieci publicznej. Niski bilans dzienno-nocny można osiągnąć dzięki magazynowaniu.

Alternatywą dla magazynowania energii słonecznej w bateriach słonecznych jest magazynowanie energii w systemach akumulacji ciepła . W tym celu energia słoneczna z. B. zawracane za pomocą pompy ciepła do podgrzewania wody, która jest buforowana w zasobniku ciepła (podobnie jak dzban izolacyjny ). Zmagazynowana w ten sposób energia cieplna nie jest następnie zamieniana z powrotem na energię elektryczną, lecz wykorzystywana do ogrzewania lub ciepłej wody , w zależności od konstrukcji systemu grzewczego . Wraz ze spadkiem cen modułów fotowoltaicznych taki system jest często bardziej opłacalny niż system solarny i oferuje elastyczność w wykorzystaniu zarówno energii elektrycznej, jak i cieplnej.

Zobacz też

• Chiller
• Federalne Stowarzyszenie Pomp Ciepła

linki internetowe

• Federalne Stowarzyszenie Pomp Ciepła (BWP) mi. V.
• Giełda pomp ciepła NRW ( Agencja Energii NRW )
• Stiftung Warentest: Test systemów grzewczych pomp ciepła
• BUND na systemy grzewcze z pompą ciepła (PDF, kwiecień 2008; 248 kB)
• Książka elektroniczna Your Heat Pump Book (82 strony; PDF; 10 lutego 2016; 7,3 MB)

literatura

• Valentin Crastan : Zaopatrzenie w energię elektryczną 2. Springer Verlag, Berlin / Heidelberg 2012, ISBN 978-3-642-19855-7 .
• Ernst-Rudolf Schramek (red.), Hermann Recknagel , Eberhard Sprenger: Kieszonkowa książka do ogrzewania + klimatyzacji 09/10. Oldenbourg Industrieverlag, Monachium 2008, ISBN 3-8356-3149-7 .
• Volker Quaschning : Energie odnawialne i ochrona klimatu. Wydanie IV. Hanser, Monachium 2018, ISBN 978-3-446-45703-4 .

Indywidualne dowody

1. ↑ Por. Valentin Crastan , Zasilanie w energię elektryczną 2 , Berlin-Heidelberg 2012, s. 58.
2. ↑ Volker Quaschning , Systemy Energii Regeneracyjnej. Technologia - obliczenia - symulacja . 8. wydanie zaktualizowane. Monachium 2013, s. 339.
3. ↑ Volker Quaschning: Renesans pompy ciepła , opublikowane w Sonne Wind & Wärme 09/2006 s. 28–31
4. ↑ ^{a b} System zaopatrzenia w ciepło z pompą ciepła CO ₂ (PDF; 4,1 MB). Strona internetowa Instytutu Termodynamiki Politechniki w Brunszwiku . Źródło 8 marca 2012 .
5. ↑ Pompy ciepła CO2 do domów pasywnych . Strona internetowa Uniwersytetu Technicznego w Brunszwiku. Źródło 13 marca 2016.
6. ↑ David Fischer, Hatef Madani: O pompach ciepła w inteligentnych sieciach: przegląd . W: Przeglądy energii odnawialnej i zrównoważonej . taśma 70 , 2017, s. 342–357 , doi : 10.1016 / j.rser.2016.11.182 . 
7. ↑ Valentin Crastan , Zaopatrzenie w energię elektryczną 2 , Berlin - Heidelberg 2012, s. 303.
8. ↑ Andreas Bloess i in.: Power-to-heat dla integracji energii odnawialnej: przegląd technologii, podejść do modelowania i potencjałów elastyczności . W: Energia Stosowana . taśma 212 , 2018, s. 1611-1626 , doi : 10.1016 / j.apenergy.2017.12.073 . 
9. ^ Iain Staffell, Dan Brett, Nigel Brandon, Adam Hawkes: Przegląd domowych pomp ciepła . W: Energy and Environmental Science 5, (2012), 9291-9306, doi : 10.1039 / c2ee22653g .
10. ↑ Nancy Haegel i in.: Fotowoltaika w skali terawatowej: Przekształć globalną energię . W: Nauka . taśma 364 , nr. 6443 , 2019, s. 836-838 , doi : 10.1126 / science.aaw1845 . 
11. ↑ Carvalho i in., Emisje dwutlenku węgla z gruntowej pompy ciepła i potencjał redukcji zużycia energii pierwotnej do ogrzewania budynków w Europie – Wyniki studium przypadku w Portugalii . W: Renewable and Sustainable Energy Reviews 45, (2015), 755–768, doi : 10.1016 / j.rser.2015.02.034 .
12. ↑ Florian Knobloch i in.: Redukcja emisji netto z samochodów elektrycznych i pomp ciepła w 59 regionach świata na przestrzeni czasu . W: Przyroda Zrównoważony rozwój . taśma 3 , 2020, s. 437-447 , doi : 10.1038/s41893-020-0488-7 . 
13. ↑ Viktor Wesselak , Thomas Schabbach , Thomas Link, Joachim Fischer: Handbuch Regenerative Energietechnik , Berlin/Heidelberg 2017, s. 73.
14. ↑ Matthias Günther, Efektywność energetyczna dzięki energii odnawialnej. Możliwości, potencjały, systemy . Wiesbaden 2015, s. 111.
15. ↑ Odzwierciedla się między innymi klasyczny trójstronny podział. odzwierciedlone w logo Europejskiego Stowarzyszenia Pomp Ciepła (jasnoniebieski, ciemnoniebieski, brązowy dla powietrza, wody i ziemi): strona internetowa Europejskiego Stowarzyszenia Pomp Ciepła , dostęp 23 października 2012 r.
16. ↑ Energia ze ścieków - Poradnik dla Inżyniera ( Pamiątka z 8 sierpnia 2014 r. w Archiwum Internetowym ), dostęp 23 października 2012 r.
17. ^ Strona internetowa projektu badawczego „Zadanie 44 – Systemy solarne i pompy ciepła” , udostępniona 23 października 2012 r.
18. ↑ Rasmus Lund, Urban Persson: Mapowanie potencjalnych źródeł ciepła dla pomp ciepła dla ciepłownictwa w Danii . W: Energia . 2016, doi : 10.1016 / j.energy.2015.12.127 . 
19. ↑ Podłączenie obliczenia rocznego współczynnika wydajności (JAZ) systemów pomp ciepła (systemy WP). ( Pamiątka z 12 kwietnia 2010 w Internetowym Archiwum )
20. ↑ Prace konserwacyjne na geotermalnej pompie ciepła. Pobrano 27 lipca 2021 r.
21. ↑ Lokalne źródło energii, które trzeba uchwycić ( pamiątka z 12.10.2013 w Internet Archive ), na geothermie.ch
22. ↑ Tunel Furka z ciepłą wodą . Projekt gminy Obergoms (Oberwald): Ciepło z tunelu Furka
23. ↑ Energia geotermalna z tunelu „ogrzewa” szkołę w Penzing
24. ↑ GeoTU6, University of Stuttgart ( Memento od 12 października 2013 roku w Internet Archive )
25. ^ Leonie Seng: Ciepło i zimno z tunelu , Stuttgarter Zeitung, nauka.
26. ↑ Szwajcarskie Stowarzyszenie Energii Geotermalnej ( Memento z 12.10.2013 w Internet Archive )
27. ↑ Bateria w Jeziorze Bodeńskim . W: Stuttgarter Nachrichten , 5 sierpnia 2014. Dostęp 23 sierpnia 2014.
28. ↑ Wyłącznie: energia odnawialna z rzek i jezior może zastąpić gaz w domach . W: The Independent , 23 marca 2014. Źródło 23 sierpnia 2014.
29. ^ Ciepło znad Jeziora Bodeńskiego ( pamiątka z 23 sierpnia 2016 r. w Archiwum Internetowym ). W: Zeitschrift für Kommunale Wirtschaft , 24 maja 2016. Pobrano 28 maja 2016.
30. ↑ Ciepło ze ścieków. Ogrzewanie ze studzienki . W: Frankfurter Allgemeine Zeitung , 17 lipca 2013. Źródło 18 lipca 2013.
31. ↑ ^{a b c} Simone Buffa et al.: Systemy ciepłownicze i chłodnicze piątej generacji: przegląd istniejących przypadków w Europie . W: Przeglądy energii odnawialnej i zrównoważonej . taśma 104 , 2019, s. 504-522 , doi : 10.1016 / j.rser.2018.12.059 . 
32. ↑ [1]
33. ↑ BOOSTHEAT 2.0 Strona internetowa technologii Boostheat od producenta boostheat. Źródło 29 września 2019 r.
34. ↑ http://www.solarserver.de/solar-magazin/aus-den-unternehmen/solar-innovationen/solare-waermepumpen-heizung-mit-eisspeicher-fuer-die-energiewende-im-eigenheim.html
35. ↑ Finansowanie innowacji – pompy ciepła o zwiększonej wydajności systemu , bafa.de
36. ↑ deematrix Energiesysteme GmbH: Długoterminowe magazynowanie energii eTank ( Memento z 28 stycznia 2016 w Internet Archive )
37. ↑ ^{a b} Tryby pracy pomp ciepła. Źródło 29 marca 2018 . 
38. ↑ Sprzedaż pomp ciepła do ogrzewania w Niemczech w latach 2010-2020 . Statystyka . Źródło 22 lutego 2021.
39. ^ Bwp: Bundesverband Wärmepumpe eV
40. ↑ Stiebel-Eltron (Niemcy)
41. ↑ bmvit: Innowacyjne Technologie Energetyczne w Austrii – Rozwój Rynku 2016; Dr. Peter Biermayr, wcześniej dr. Gerhard Faninger (Austria)
42. ↑ A. Arteconi, NJ Hewitt, F. Polonara: Zarządzanie popytem krajowym (DSM): Rola pomp ciepła i systemu magazynowania energii cieplnej (TES) . Applied Thermal Engineering 51, (2013), 155-165, s. 156, doi : 10.1016 / j.applthermaleng.2012.09.023 .
43. ↑ Zużycie energii w Niemczech. Dane za I do IV kwartału 2020 roku . AG Energiebilanzen. Źródło 23 lutego 2021.
44. ^ Daniel Hug: Wysokie ciśnienie w pompach ciepła. W: NZZ am Sonntag. 15 lipca 2007, s. 29.
45. ↑ Sektor energetyczny: system ciepłowniczy i źródło energii. W: admin.ch . Federalny Urząd Statystyczny , dostęp 29 listopada 2020 r . 
46. ↑ Dietlinde Quack: Gazowy kocioł kondensacyjny jako produkt EcoTopTen. ( Pamiątka z 30 czerwca 2006 w Internet Archive ) (PDF; 364 kB) Freiburg, grudzień 2004.
47. ^ Raport o zniszczeniach geotermalnych w Rudersbergu. Zarchiwizowane z oryginału 16 września 2016 r .; udostępniono 15 września 2016 r . 
48. ↑ Uszkodzenie szkoły i ponad dziesięciu domów w Schorndorf po odwiertach geotermalnych. Źródło 15 września 2016 . 
49. ↑ Pompy ciepła: Czy można dziś zarządzać ryzykiem związanym z odwiertami geotermalnymi? Źródło 15 września 2016 . 
50. ^ Federalna Agencja Środowiska: Szereg czasowy dotyczący rozwoju energii odnawialnej w Niemczech. Federalna Agencja Środowiska Sekcja I 2.5 Dostawy i dane energetyczne, Biuro Grupy Roboczej ds. Statystyki Energii Odnawialnej (AGEE-Stat), grudzień 2018, dostęp 16 lutego 2019 r . 
51. ↑ Potencjały pomp ciepła do zarządzania obciążeniem na rynku energii elektrycznej i integracji z siecią energii odnawialnej ( Pamiątka z 24 grudnia 2012 r. w Internet Archive ) (PDF; 1,7 MB). Badanie przeprowadzone przez Ecofys Germany GmbH i Prognos AG na zlecenie BMWi. Źródło 7 grudnia 2011.
52. ↑ Ścieżki do Domu Efektywności Plus. Podstawy i przykłady dla budynków generujących energię , Federalne Ministerstwo Spraw Wewnętrznych, Budownictwa i Spraw Wewnętrznych, Berlin, listopad 2018
53. ↑ W przyszłości jak u siebie w domu: Wysokowydajna budowa i renowacja , Bawarski Urząd Ochrony Środowiska, Augsburg, listopad 2019