Do ogrzania budynku mieszkalnego można wykorzystać wiele różnego typu instalacji związanych z branżą OŹE. Są to m.in. kolektory słoneczne, pompy ciepła, ogrzewanie hybrydowe, małe elektrownie wiatrowe czy ciepło otrzymywane ze spalania biomasy.
     Należy się jednak zastanowić, czy rozpatrywanymi sposobami można bez przeszkód zasilić konkretny budynek w energię cieplną równie skutecznie, co wykorzystując sieć ciepłowniczą? Pod rozwagę trzeba również wziąć dwa pytania. Czy podstawowymi problemami polskiego rynku związanego z branżą OŹE jest stale brak świadomości społecznej dotyczącej możliwości technologicznych? Jakich przykładów potrzebujemy, aby unaocznić ludziom korzyści płynące z tych nowoczesnych rozwiązań technicznych oraz samej zielonej energii? Być może te przedstawione poniżej pozwolą rzucić światło na rozpatrywaną kwestię.

Energia słoneczna
    Rozpocznijmy od zaprezentowania możliwości, jakie daje nam promieniowanie słoneczne. Wyróżniamy dwa typy kolektorów słonecznych: płaskie oraz rurowe (próżniowe). Ostatnimi czasy zaczęto powracać do technologii płaskich, w których stosuje się coraz bardziej zaawansowane materiały pozwalające na poprawę skuteczności pracy absorberów. Wynika to głównie z faktu wykorzystania strat cieplnych kolektorów (pomijając straty przez szybę solarną), które zainstalowane na połaci dachowej przekazują ową energię do bryły budynku [1]. W celu polepszenia uzyskiwanych parametrów jednostka powinna być usytuowana pod kątem ok. 45°. Warto zastosować również specjalistyczne systemy nadążne, będące zmechanizowanym układem ustawiającym kolektor prostopadle do kierunku padających promieni słonecznych. Nadmienić należy, iż z 1m² absorbera można uzyskać od 1,15 do 2,2 GJ ciepła w skali roku. Nie możemy również zapominać o włączeniu do instalacji urządzenia pozwalającego na spożytkowanie nadmiaru energii cieplnej, które pozwoli na zachowanie najwyższej sprawności układu oraz uchroni przed awariami spowodowanymi przegrzaniem czynnika roboczego.
    Na terenie Polski istnieje już kilka dużych instalacji solarnych. Dla przykładu największą z nich, składającą się z 598 kolektorów Vitosol 100 marki Viessmann o łącznej powierzchni 1500 m², jest ta zastosowana w Wojewódzkim Szpitalu Specjalistycznym im. Najświętszej Maryi Panny w Częstochowie. Mieści się zarówno na gruncie, jak i na dachu budynku. Wydajność instalacji to w najlepszym wypadku 1000 kW. Zakłada się, iż układ pokryje więcej niż 50 proc. zapotrzebowania na c.w.u.[2],[3]. Jako drugi przykład można podać instalację wykorzystywaną w Pomorskim Centrum Traumatologii w Gdańsku. Składa się ona z 282 kolektorów o powierzchni całkowitej 744,48 m²[4]. Ten system również pozwala zmniejszyć zapotrzebowanie na energię cieplną pobieraną z sieci.

Geotermia
     Istnieje wiele różnych źródeł energii geotermalnej, niestety Polska albo nie jest zasobna w niektóre z nich, albo nie posiadamy odpowiednich technologii do ich wykorzystania. Największą popularnością cieszą się wody termalne oraz pompy ciepła.
     Balneologia to stale rozwijana dziedzina medycyny, która zyskuje w naszym kraju coraz większe uznanie. Obecnie działa w Polsce osiem uzdrowisk opierających swą działalność na gorących źródłach. Jedno z nich to kompleks Terma Bania w Białce Tatrzańskiej. Łączna powierzchnia lustra wody tej jednostki to 1382,67 m², zasoby pobierane są z głębokości dochodzącej do 2500 m, zaś jej temperatura osiąga 72°C [5].
    Inny przykład to baseny termalne Terma Bukowina Tatrzańska. Bogate w minerały wody pobierane są z głębokości 2400-2700 m. Po wstępnym ochładzaniu jej w wymiennikach ciepła uzyskuje ona temperaturę od 27 do 36°C, z jaką to trafia do basenów. Powierzchnia lustra wody to 1885 m²[6] .
Jednym z najmłodszych obiektów są Termy Maltańskie, będące atrakcją turystyczną Poznania, gdzie wody o temperaturze ok. 38°C pobierane są z odwiertu sięgającego 1300 m.
    Rozwój tej dziedziny medycyny uzdrowiskowej głównie w rejonach Podhala, spowodowany jest występowaniem w tych rejonach Polski najlepszych warunków geologicznych oraz najwyższej temperatury pobieranej wody. Wykorzystywanie źródeł geotermalnych pozwala niewątpliwie uniknąć poboru dużej ilości energii, którą trzeba byłoby zużyć do podgrzewania wody.

Pompy ciepła
     Rozwój technologii związanej z pompami ciepła nie jest wcale przypadkowy. Są to instalacje, które przy odpowiednim zaprojektowaniu i montażu mogą pozwolić na duże oszczędności w aspekcie finansowym. Niestety, czynnikiem odstraszającym są wysokie koszty inwestycyjne.
     Pompy ciepła to urządzenia działające na zasadzie zwiększania potencjału cieplnego, czyli poboru ciepła ze źródła o niższej temperaturze i przekazywania go do źródła górnego (o wyższej temperaturze). Jako dolne źródła ciepła można wykorzystać np. ziemię, wody powierzchniowe lub powietrze. Najbardziej rozpowszechnione są pompy ciepła sprężarkowe oraz absorpcyjne. Ważnym wskaźnikiem jest COP, czyli współczynnik efektywności określający ilość ciepła uzyskanego w skraplaczu w stosunku do energii dostarczonej do kompresora, który to jest o wiele wyższy w pompach typu sprężarkowego, niż w wersji absorpcyjnej.
    Pomimo słabego rozpowszechnienia tych technologii w Polsce mamy możliwość pochwalić się kilkoma ciekawymi przykładami. Jeden z nich to instalacja zamontowana w klasztorze karmelitów w Wadowicach. Ma ona moc 500,8 kW, zaś opiera się na zastosowaniu gruntowych wymienników pionowych. Ilość przeprowadzonych odwiertów to 160, a ich łączna głębokość wyniosła 7200 m. Koszt inwestycji wyniósł w 2006 roku blisko 1,8 mln zł, z czego jednak 91% zostało dofinansowane z dotacji, w której udział miały: Ekofundusz, NFOŚ oraz WFOŚ.
    Innym przykładem może być Dom Pomocy Społecznej w Białce Tatrzańskiej. Moc instalacji wykorzystującej gruntowy wymiennik poziomy o długości 14333 m to 423 kW. Rury wymiennika ułożone są na głębokości 1,5 m w rozstawie 1 m. Powierzchnia budynku wynosi 5915 m², zaś jego kubatura to 19617 m³. Koszt całej instalacji to 1,26 mln zł. Jak i we wcześniejszym przypadku tak i w tym większą część pokryły dofinansowania wspomnianych wyżej podmiotów, a było to niemal 81% [7]. Wysokie dofinansowania dają możliwość zaspokojenia potrzeb ogrzewania dużo niższym kosztem.

Ogrzewanie hybrydowe
     Bardzo dobrym rozwiązaniem jest zastosowanie ogrzewania hybrydowego. Polega ono na wykorzystaniu zarówno możliwości kolektora słonecznego, jak i pompy ciepła. Układ ten zapewnia nam uzyskanie odpowiedniej temperatury c.w.u., zaś ciepło nadmiarowe spożytkowywane zostaje przez system grzewczy lub do celu regeneracji dolnego źródła ciepła.
    Przykładami zastosowania tego typu metody są m.in. Harcerski Ośrodek Morski w Pucku oraz tyniecki klasztor benedyktynów. Pierwsza instalacja składa się z dwóch pomp ciepła typu Vitocal 300 o mocy grzejnej 43 kW każda oraz 16 kolektorów słonecznych o łącznej powierzchni 40 m². Zawiera w sobie 4 zbiorniki akumulacyjne służące za magazyny cieplne. Dolnym źródłem ciepła w tym wypadku jest woda gruntowa. Nadmienić trzeba, iż budynek przed zastosowaniem omawianego systemu poddany został termomodernizacji, co pozwoliło zmniejszyć sezonowe zapotrzebowanie na ciepło z 41 kWh/m² do 27 kWh/m² [8]. Drugi przykład odnosi się do wspomnianego już klasztoru. Działają tam 4 pompy sprężarkowe – dwie o mocy 27 kW, pozostałe zaś o mocy 13 kW. Dolne źródło ciepła w tym przypadku stanowi 40 odwiertów o głębokości 100 m. Zapewniają one 87% zapotrzebowania na ciepło do ogrzewania i wentylacji. Układ wspomaga 30 kolektorów słonecznych o łącznej mocy 45 kW, które swe miejsce znalazły w ogrodzie przyklasztornym [9].

Co w przyszłości?
     Bez wątpienia ważnym czynnikiem stymulującym powstawanie nowych jednostek ciepłowniczych wykorzystujących odnawialne źródła energii są i będą dotacje rządowe oraz unijne, co zresztą można stwierdzić po analizie przedstawionych wyżej przykładów. Są one przyznawane, jakoby w podzięce za promowanie technologii związanych z zieloną energią, a co za tym idzie propagowanie aspektów proekologicznych, o które bez ustanku trwają burzliwe spory.
    Z biegiem czasu systemów wykorzystujących pompy ciepła, kolektory słoneczne lub złożoną z nich hybrydę powstawać będzie coraz więcej. Dużym plusem wczepienia ogniwa, opartego na zielonych technologiach, do sieci ciepłowniczej jest jej odciążenie. Pojedyncza „nitka” nie odgrywa większego znaczenia, jednak zastosowanie dużej liczby małych instalacji może spowodować zabezpieczenie przed wystąpieniem deficytu energetycznego. Dla zwykłego użytkownika również przyniesie to istotne korzyści. Po pierwsze, są nimi oszczędności. Kolektory słoneczne czy pompy ciepła to w gruncie rzeczy jednorazowe inwestycje. Prosta stopa zwrotu w przypadku tych urządzeń to od kilku do kilkunastu lat (nie wliczając dotacji). Po tym czasie zaczynamy oszczędzać. Ważniejsze jest jednak to, iż stajemy się w pewnym zakresie uniezależnieni od dystrybutora ciepła. Daje nam to większą swobodę oraz spokojniejsze spojrzenie w przyszłość. Na koniec warto dodać, iż rozwijane są już urządzenia zwane solarnymi pompami ciepła, będące same w sobie połączeniem dwóch układów.
    Czy ponownie problemem okaże się zbyt wysoka cena takowych rozwiązań technicznych? Skoro jednak inwestuje w tego typu technologie cały świat, a w coraz większej mierze również Polska, to dlaczego mają okazać się one nieskuteczne?

Literatura:
1. Frąckowiak E., „Odnawialne źródła energii w gospodarstwie wiejskim i agroturystycznym”, Czysta Energia nr 4/2012, str. 22;
2. http://www.viessmann.pl/pl/press/Aktualnosci/najwi_ksza_instalacja.html
3. http://www.amrozinski.utp.edu.pl/materialy/bsw/8Instalacje%20solarne%20-%20przyklady%20duzych%20instalacji.pdf
4. http://www.oknonet.pl/fasady/systemy_solarne/solarne/news,17095.html
5. http://www.termabania.pl
6. http://www.termabukowina.pl
7. Wodniak M., Kolektory słoneczne i pompy ciepła. Możliwości zastosowania; Projekt „EKOENERGIA Małopolska 2020”;
8. Chwieduk D. i Grochal B., „Możliwości zastosowania pomp ciepła i kolektorów słonecznych dla osiedli i budynków wielorodzinnych”, VI Forum Operatorów Systemów i Odbiorców Energii i Paliw;
9. Odnawialne i alternatywne źródła energii w Małopolsce, zbiór „ dobrych praktyk” cz.II, Kraków, listopad 2007.
 

Autor: Wojciech Sikorski, student III roku Energetyki na Wydziale Energetyki i Paliw Akademii Górniczo-Hutniczej w Krakowie

Źródło fot.: www.photogenica.pl