Pompy ciepła w Polsce i innych krajach UE

Pompy ciepła produkują energię odnawialną, pobierając ciepło z gruntu, wody lub powietrza i przekazują je do budynków w formie energii wykorzystywanej do ogrzania pomieszczeń oraz wody użytkowej lub też schłodzenia pomieszczeń, przy czym do funkcjonowania wymagają pomocniczego źródła zasilania, najczęściej energii elektrycznej.

Rodzaje pomp ciepła

Pompy ciepła to technologia pozyskiwania energii odnawialnej obejmująca szerokie spektrum urządzeń i zastosowań.

Pompy ciepła umożliwiają pobranie ciepła z otoczenia, czyli ziemi, wody lub powietrza i przekształcają je na energię, którą można wykorzystać w budynku. Pompa ciepła jest elementem większego systemu, złożonym z trzech zasadniczych części:

• dolnego źródła, z którego pobierane jest ciepło, czyli ziemi, wody lub powietrza;
• samej pompy, zamieniającej pobrane ciepło na użyteczną postać;
• górnego źródła, czyli systemu dystrybucji ciepła w budynku. Najczęściej to ogrzewanie płaszczyznowe (podłogowe, ścienne) lub tradycyjne grzejniki.

Pompa, która jest w środku tego układu, pracuje lepiej lub gorzej w zależności od tego jakie parametry ma dolne źródło. Dlatego dolne źródło ciepła powinno się charakteryzować możliwie stałą oraz wysoką temperaturą, a także dużą pojemnością cieplną.

Pompy ciepła mogą być wykorzystywane nie tylko do ogrzewania budynków, podgrzewania ciepłej wody użytkowej, ale również do chłodzenia pomieszczeń latem. W tym ostatnim przypadku są to tzw. rewersyjne (odwracalne) pompy ciepła.

W krajach o cieplejszym klimacie rewersyjne pompy ciepła są często instalowane w celu chłodzenia pomieszczeń, chociaż w czasie zimy mogą być również używane do ogrzewania. W takich przypadkach zainstalowana moc odzwierciedla raczej zapotrzebowanie na energię chłodzenia niż dostarczoną energię grzewczą.

Podział pomp ciepła wynika z tego, z jakiego źródła dolnego mogą czerpać (grunt, woda lub powietrze) oraz sposobu dystrybucji ciepła w budynku (w postaci gorącej wody w ogrzewaniu podłogowym lub tradycyjnym systemie ogrzewania lub przez wymuszony obieg powietrza).

• gruntowe (geotermalne) pompy ciepła obejmują szereg technologii, które wykorzystują energię ziemi, czyli wszystkie urządzenia typu ziemia-woda i ziemia-powietrze.
• wodne (hydrotermalne) pompy ciepła wykorzystują wodę, jako źródło ciepła. Przeważnie są to urządzenia typu woda-woda, albo woda-powietrze.
• powietrzne (aerotermalne) pompy ciepła wykorzystują powietrze jako źródło ciepła. Występują one w typach powietrze-powietrze, powietrze-woda. Mogą używać powietrze pobierane z zewnątrz obiektu lub powietrze zużyte (powietrze z wewnątrz obiektu).

Obliczania energii odnawialnej z pomp ciepła

Rozliczanie i obliczanie energii odnawialnej pochodzącej z technologii pomp ciepła może przysparzać problemów. Dlatego Komisja Europejska wydała w 2013r. Decyzję ustanawiającą wytyczne dla państw członkowskich dotyczące obliczania energii odnawialnej z pomp ciepła w odniesieniu do różnych technologii pomp ciepła.

Eurostat podaje m.in. informacje na temat wydajności pomp ciepła, czasu ich pracy oraz oszacowane całkowite użyteczne ciepło pochodzące z pomp ciepła. Poniżej zaprezentowane zostaną dane dla poszczególnych państw Unii Europejskiej. Aktualnie dostępne informacje dotyczą roku 2019 i wcześniejszych.

Państwa na poziomie krajowym mogą przeprowadzać własne obliczenia i badania w celu zwiększenia dokładności pomiarów, stąd też statystki urzędów krajowych mogą różnić się od danych Eurostatu.

Zainstalowana pojemność pomp ciepła w krajach UE

Uregulowania statystyki unijnej podają definicję wydajności znamionowej, określonej jako wydajność chłodnicza lub grzewcza cyklu sprężania par lub cyklu sorpcyjnego urządzenia w warunkach znamionowych znormalizowanych.

Moc zainstalowanych pomp ciepła w Unii Europejskiej (UE-28) na koniec 2019 roku wynosiła 284,4 GW, w zdecydowanej większości były to pompy ciepła aerotermalne o łącznej mocy 266,3 GW, w następnej kolejności pompy ciepła geotermalne – 16,8 GW, a najmniejszą moc miały pompy ciepła hydrotermalne – 1,3 GW.

Liderem w tej technologii są Włochy, gdzie moc zainstalowanych pomp ciepła wynosiła 119,7 GW. Aż 99,2% mocy przypada na pompy aerotermalne (118,7 GW), 0,7% na geotermalne (813 MW) i 0,1% na hydrotermalne (90,3 MW).

Na drugiej pozycji pod względem potencjału mocy znajdowała się Francja z prawie o połowę mniejszą mocą zainstalowanych pomp ciepła (60,7 GW). Tu także dominują aerotermalne pompy ciepła 96,5%, a ich łączna moc wynosiła 58,5 GW. Pompy geotermalne miały moc 2,1 GW, a hydrotermalnych nie wykazano w ogóle.

Na kolejnych miejscach trzecim i czwartym jest odpowiednio Hiszpania i Wielka Brytania z potencjałem ok. czterokrotnie mniejszym niż Włochy i dwukrotnie mniejszym niż Francja. W obydwu krajach przeważają aerotermalne pompy ciepła, a ich łączna moc stanowi 98,8% w Hiszpanii i 97,7% w Wielkiej Brytanii.

Powietrze nie jest najlepszym nośnikiem ciepła. Ponadto jego temperatura zmienia się w znacznie większym zakresie niż temperatura gruntu lub wód. Jednak jak pokazują dane to właśnie powietrzne pompy ciepła zyskały największą popularność. Przy swoich mankamentach mają też niezaprzeczalne zalety. W ich przypadku nie ma znaczenia wielkość działki ani panujące na niej warunki. Powietrze dostępne jest wszędzie i to w dowolnych ilościach.

W większości krajów UE pod względem potencjału mocy dominują aerotermalne pompy ciepła, ale nie we wszystkich. Na Łotwie pompy geotermalne stanowiły 64,3% mocy, na Litwie – 51,7% i w Szwecji – 57,3%.

W Polsce łączna moc zainstalowanych pomp ciepła na koniec 2019r. wynosiła 2,2 GW. Większość mocy (56,4%) stanowiły pompy aerotermalne. Udział pomp geotermalnych w naszym kraju jest wysoki (41,5%), a ich łączna moc wynosiła 903 MW. Pompy hydrotermalne miały moc zainstalowaną 46,2 MW, co stanowiło 2,1%.

Zainstalowana pojemność pomp ciepła w Polsce i innych krajach UE - wg ich rodzaju

Moc zainstalowanych pomp ciepła w Polsce

Czas pracy pomp ciepła

Zgodnie z definicją roczna liczba równoważnych godzin pracy pomp ciepła to, wyrażona w godzinach, zakładana roczna liczba godzin, w czasie których pompa ciepła ma dostarczać energię cieplną przy wydajności znamionowej w celu dostarczenia całkowitego ciepła użytecznego dostarczanego przez pompy ciepła.

Czas pracy jest różny w zależności rodzaju pompy ciepła oraz strefy klimatycznej danego państwa.

Czas pracy pomp ciepła według ich rodzaju w poszczególnych krajach UE w 2019r. [h]

Podział na strefy klimatyczne europejskich państw dla celów statystycznych

Wybór pompy ciepła na poziomie poszczególnych użytkowników zależy nie tylko od ich możliwości finansowych, ale w znacznej mierze od rozmiarów i warunków gruntowych działki jaką dysponują oraz od strefy klimatycznej, w jakiej jest ona zlokalizowana. Ma to kluczowe znaczenie, bo nie każda pompa nadaje się na każdą działkę.

Z uwagi na różnice klimatyczne między państwami Komisja Europejska na potrzeby niektórych przepisów (np. etykietowania energetycznego ogrzewaczy) i statystyk przyjmuje uproszczony podział na strefy klimatyczne, gdzie „warunki klimatu umiarkowanego”, „warunki klimatu chłodnego” i „warunki klimatu ciepłego” oznaczają warunki temperaturowe właściwe, odpowiednio, dla następujących miast: Strasburga, Helsinek i Aten.

Poniżej mapa stref klimatycznych zamieszczona na stronach Eurostatu.

W przypadku gdy dla jednego państwa występują warunki właściwe dla kilku rodzajów klimatu, państwo członkowskie dla celów statystycznych powinno dokonać oceny zainstalowanej mocy pomp ciepła w odniesieniu do obszaru, na którym występują warunki odpowiedniego klimatu.

Strefy klimatyczne poszczególnych państw w Europie

Energia odnawialna wytworzona przez pompy ciepła

Aby oszacować całkowite użyteczne ciepło pochodzące z pomp ciepła należy uwzględnić ich wydajność znamionową oraz roczną liczbę równoważnych godzin pracy. Obliczenie ilości energii odnawialnej dostarczonej przez pompy ciepła wymaga jeszcze uwzględnienia współczynnika wydajności sezonowej. Szczegółowe wytyczne zawarte zostały w decyzji Komisji Europejskiej z 2013r. o czym była mowa wyżej. Te wytyczne są podstawą dla państw członkowskich do obliczania ilości energii odnawialnej dostarczanej przez pompy ciepła.

Całkowite użyteczne ciepło pochodzące z pomp ciepła pozyskane w 28 krajach Unii Europejskiej zostało oszacowane w 2019r. na 150 936 GWh. Największy wpływ na uzyskanie tego wyniku miała Francja – jej udział to 22,5%, a pozyskane ciepło to 33 896 GWh. W następnej kolejności Włochy z wynikiem 29 054 GWh i udziałem 19,3%, Szwecja – 16 878 GWh i 11,2%, Niemcy – 14,6 GWh i 9,6%.

Niektóre kraje nie podały informacji w rozbiciu na rodzaje pomp ciepła, na wykresie poniżej ujęte jako pozostałe. W strukturze pozyskanej energii w UE-28 stanowiły one 7,8%.

Energia pozyskana z earotermalnych pomp ciepła w Unii Europejskiej (UE-28) stanowiła 71,6% , geotermalnych 19,4% i hydrotermalnych 1,2%.

Udział Polski w łącznej energii UE to niecałe 2% z wynikiem 2 967 GWh. W strukturze energii pozyskanej przez pompy ciepła w naszym kraju największy udział stanowiły pompy geotermalne 52,3%, aerotermalne 45,2% i hydrotermalne 2,6%.

Ze względu na ich efektywność w naszych warunków klimatycznych pompy geotermalne wykorzystujące ciepło zawarte w ziemi są w naszym kraju najpopularniejsze. Największą zaletą wykorzystania gruntu jest jego niemal stała, dodatnia temperatura w sezonie grzewczym.

Ciepło pochodzące z pomp ciepła w Europie [GWh]

Szacunkowe ciepło pozyskane przez pompy ciepła w Unii Europejskiej w latach 2004 – 2019 [GWh]

Źródło: Opracowanie własne na podstawie danych Eurostatu