Nowatorska pompa ciepła z CO₂: nawet o 23% wyższa efektywność
Naukowcy z Uniwersytetu w Padwie opracowali wieloźródłową pompę ciepła na CO₂, która równocześnie wykorzystuje dwa z trzech dostępnych źródeł ciepła: powietrze, grunt i słońce. Wyniki badań pokazują nawet 23% poprawę efektywności w porównaniu do tradycyjnych pomp powietrznych. Choć technologia ma duży potencjał w dekarbonizacji ogrzewnictwa, wciąż pojawiają się pytania o jej opłacalność ekonomiczną.
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 nawet 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 właściwościami 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, że 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, że 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:
- Jaka pompa ciepła – gruntowa czy powietrzna – do domu?
- ISH 2025: Bosch prezentuje nową generację pomp ciepła i klimatyzacji
- Daikin wprowadza pompę ciepła powietrze-woda – moc do 2 MW
Źródło: ScienceDirect
Obserwuj
Może Cię również zainteresować
Plan Działań RESourceEU: Uniezależnienie Europy od krytycznych surowców
Komisja Europejska ogłosiła Plan Działań RESourceEU, mający przyspieszyć dywersyfikację dostaw krytycznych surowców i wzmocnić bezpieczeństwo strategicznych łańcuchów wartości w UE. Nowe inicjatywy obejmują wsparcie finansowe, uproszczenie procedur oraz działania na rzecz recyklingu i współpracy międzynarodowej.
Nowe możliwości finansowania transformacji ciepłownictwa – spotkanie w NFOŚiGW
W Narodowym Funduszu Ochrony Środowiska i Gospodarki Wodnej odbyło się spotkanie Grupy Roboczej ds. Systemów Wsparcia Finansowego Transformacji Ciepłownictwa. Uczestnicy omówili kluczowe potrzeby branży, dostępne narzędzia wsparcia i planowane działania na rzecz modernizacji sektora.
Polska wzmacnia współpracę surowcową z Ugandą i Rwandą: wizyta wiceministra Krzysztofa Galosa
Polska dzieli się swoim geologicznym doświadczeniem z partnerami w Ugandzie i Rwandzie. Wiceminister Krzysztof Galos uczestniczył w kluczowych wydarzeniach branżowych, które mają na celu wzmocnienie bezpieczeństwa surowcowego oraz rozwój nowoczesnych technologii wydobywczych na rynkach afrykańskich.
Kuchenki gazowe źródłem ukrytego zanieczyszczenia powietrza w domach – nowe badania Stanford University
Nowe badania Stanford University wykazały, że kuchenki gazowe w amerykańskich domach emitują znaczne ilości dwutlenku azotu, często przekraczając poziomy zanieczyszczenia spotykane na zewnątrz. Najbardziej narażone są osoby mieszkające w małych domach, wynajmujący oraz mieszkańcy terenów wiejskich.
ORLEN rozpoczyna budowę bloku parowo-gazowego CCGT w Gdańsku – kluczowa inwestycja dla transformacji energetycznej
Grupa ORLEN oficjalnie rozpoczęła budowę nowoczesnego bloku parowo-gazowego CCGT w Gdańsku. Inwestycja wzmocni bezpieczeństwo energetyczne Pomorza, wesprze transformację energetyczną kraju i przyczyni się do rozwoju gospodarki niskoemisyjnej.
Komisja Europejska przeznacza 5,2 mld euro z EU ETS na technologie czystej energii i dekarbonizację przemysłu
Komisja Europejska otwiera trzy nowe ścieżki finansowania w ramach funduszu innowacyjnego, przekazując łącznie 5,2 mld euro na wsparcie technologii neutralnych emisyjnie, rozwoju wodoru i dekarbonizacji przemysłowego ciepła procesowego. To kluczowy krok w kierunku realizacji celów klimatycznych UE do 2030 i 2050 roku.
Komentarze