Pompa de căldură și câteva implicații ale extinderii utilizării ei

Pompa de căldură este văzută ca fiind cea mai atrăgătoare soluție pentru viitoarele sisteme de încălzire. Pentru ca ea să aibă și un caracter sustenabil, trebuie luate în calcul toate aspectele și toate implicațiile ei,  de natură financiară și energetică. Ele trebuie analizate cu luciditate pentru a face posibilă într-un viitor previzibil, trecerea la un nou model de sistem de încălzire ecologic,  ce elimină arderea de combustibili.
Încălzirea ecologică, cu implicații pentru întreaga populație a țărilor europene, devine un obiectiv major care trebuie abordat corespunzător.    

Trei tipuri de energie din surse regenerabile pot fi folosite pentru încălzirea locuințelor:

•  -energia solară captată cu panouri solare termice
•  -energia din lemn sau peleți produsă prin ardere în cazane
•  -energia termică din aer, din sol sau din apa freatică, energie utilizată cu ajutorul pompelor de căldură.

Folosirea energiei din surse regenerabile (nu este corectă formularea „energie regenerabilă”…) oferă beneficii  pentru mediul ambiant dar costurile utilizării fiecărei soluții diferă de la caz la caz.
De exemplu, folosirea energiei solare captată direct cu panouri solare termice implică costuri relativ reduse, dar pe perioada iernii,  necesită folosirea și a unei alte surse de căldură suplimentare pentru completare.
Utilizarea lemnului pentru încălzire este relativ simplă, dar lemnul nu se găsește peste tot, transportul este costistor, controlul  arderii este dificil , puterea calorică variază. Iată de ce și cazanele pe lemn au o utilizare limitată.
Cu alte cuvinte, fiecare soluție de încălzire are avantaje dar aduce și probleme pentru utilizator.

Pompa de căldură aer-apă. Avantaje  și probleme mai puțin discutate 

 Utilizarea pompelor de căldură este o soluție complexă de încălzire (dar și de răcire) a incintelor clădirilor. Pompa de căldură pe lângă avantaje, necesită însă o regândire a sistemelor de încălzire iar implicațiile asupra sistemele de producere/transport/distribuție a energiei electrice sunt majore.

 

 

 

Pompe de căldură Immergas

 

 

 

 

 

 

Pompa de căldură . Avantaje dar și probleme

Pompa de căldură a cărei folosire s-a generalizat,  este cea de tip aer-apă. Există și alte tipuri, de exemplu cea tip sol-apă,  mai performante dar cu o instalare mai costisitoare a schimbătorului de căldură din mediul exterior(necesită decopertarea  solului, îngroparea sistemului de tubulatura folosită ca schimbător de căldură și apoi acoperirea cu sol) .

 

 

 

 

Schema unei pompe de căldură de tip sol-apă

 

 

 

 

 Schema unei pompe de căldură aer-apă

 

 

 

 

 

A. Există avantaje considerabile ale utilizării pompei de căldură :

A.1.Pompa de căldură oferă o eficiență energetică ridicată a utilizării energiei electrice , exprimată prin parametrul COP(coeficient de performanță). COP indică raportul dintre energia termică furnizată și cea electrică consumată de pompa de căldură și atinge valori între 2 și maxim 4,5.

Iată câteva date despre COP,  raport a două mărimi :

COP = Q / W  unde:  Q este energia termică furnizată de pompă  iar W este energia electrică consumată de pompă

COP se calculează cu formula ciclului CARNOT și anume:

COP_{heat pump} = T_hot/(T_hot-T_cold) unde  T_hot     este temperatura sursei calde iar T_cold  este temperatura sursei reci (Temperaturile sunt exprimate în grade Kelvin)

Valorile reale măsurate pentru COP sunt însă mult sub cele teoretice. COP depinde puternic de condițiile de funcționare  ale pompei de căldură și în special de diferența de temperatura dintre cele două surse. Atunci când temperatura sursei reci (aerul atmosferic) scade mult pe timpul iernii,  COP se situează chioar și sub valoare de 2. Măsurătorile din teren arată pentru COP valori  între 2(la temperaturi joase ale mediului înconjurător) și maxim 4,5 în condițiile cele mai favorabile. Se definește și un parametru mai precis, SCOP, o valoare a COP ajustată funcție de sezon.

Diagrama COP teoretic pentru o pompă de căldură la diverse temperaturi ale sursei calde

Diagramă COP real, măsurat pentru diverse valori ale diferenței de temperatură dintre surse

 

A.2. Un alt avantaj al pompei de căldură este amprenta zero de CO₂  pentru că ea nu necesită energie din alte surse.  Se elimină complet  folosirea  combustibililor fosili.

A.3. Pompa de căldură folosește exclusiv energie electrică și nu necesită alte sisteme de încălzire pentru completare, spre deosebire de alte soluții, cum e cazul la  panourile solare termice. Pompa de căldură poate funcționa independent de alte surse de energei, și în principiu poate fi folosită în orice zonă(în zone foarte reci însă eficiența ei se reduce drastic).

 

B. Există  aspecte mai puțin tratate ale pompei de căldură. Iată despre ce este vorba:

B.1. Pompele de căldură necesită costuri totale substanțial mai mari decât în cazul altor soluții. Costurile țin de:

•  Achiziția pompei propriu-zise, investiția inițială într-o pompă de căldură fiind de 5 până la 10 ori mai mare decât cea într-o centrala pe gaz de exemplu.
•  Costurile necesare modificării instalației de încălzire,  pentru a optimiza funcționarea ei folosind pompa de căldură. Este necesară astfel extinderea încăzirii în pardoseală și redimensionarea sau schimbarea radiatoarelor de încăzire pentru asigurarea unor suprafețe radiante mai mari, pentru că pompa de căldură oferă  agent termic la temperaturi sensibil mai scăzute ( 50-60 grade Celsius maxim) decât cele furnizate de centrale pe gaz de exemplu.
•  Trebuie adăugat și costul necesar instalației electrice de alimentare a pompei de căldură. Pompa de căldură este un consumator mare de energie electrică,  cu puteri de 10 kW uzual. Pentru puteri electrice mai mari, de până la 30 kW, este necesară trecerea la instalații electrice trifazate.

B.2. Pompele de căldură uzuale pentru locuințe au puteri electrice de 10 kW până la 30 kW, reprezintă consumatori de puteri mari, ceea ce necesită instalații electrice de puteri mai mari în clădiri.

Implicațiile majorării puterii electrice la consumatori sunt considerabile. Mergând în amonte spre rețelele  de distribuție a energiei electrice(rețelele de joasă și medie tensiune)  și mai departe către rețelele de transport(rețele de înaltă tensiune) este evident că este necesară schimbarea acestora. Se vorbește de întărirea rețelelor de distribuție a energiei eletrice, operație costisitoare și de durată. Costurile acestor operații sunt însă considerabile, multe rețele fiind  subterane.

Cum nici producția de energie electrică nu poate ține pasul cu necesarul în aceste condiții, se vorbește  de  reelectrificare, concept des utilizat în prezent și care se referă la adaptarea rețelelor de transport și distribuție pentru puteri mult mai mari.

Asigurarea necesarului de energie electrică pentru pompele de căldură necesită deci investiții considerabile în sistemele energetice existente. Acestea costă și se întind pe durate lungi de ordinul anilor.

Ce ar însemna pentru România instalarea unui milion de pompe de căldură ?

Să luăm cazul României, care ar instala un milion de pompe de căldură , în România fiind în total cam 9,7 milioane de locuințe. Dacă vom calcula energia electrică consumată de un milion de pompe de căldură anual, vom vedea că:

O pompă de căldură cu o putere de 11 kW(o putere medie) ,  funcționând 24 de ore pe zi timp de 6 luni, va consuma o cantitate de energie electrică de 47520  kWh . Un milion de pompe de căldură cu puterea de 11 kW fiecare, vor consuma anual 47,52 TWh. În 2023 consumul de energie electrică prefigurat de Transelectrica este de 72,5 TWh.

Dacă ne referim la puterea electrică necesară, un alt calcul simplu și anume  ne arată că avem nevoie de o putere uriață, adică 11 GW,  (  11 kW x 10⁶ = 11 GW) . Ori puterea centralelor electrice dispecerizabile din sistemul energetic din România se situa în 2022 la valori de sub 10 GW.

C. Ce-i de făcut pentru schimbarea modelului de încălzire ?

Există mai multe măsuri pe care țările ce doresc trecerea la un model de încălzire ecologică trebuie să la adopte. Reelectrificarea este una dintre ele și va permite  dezvoltarea  unui model sustenabil de încălzire în viitor, prin reelectrificare înțelegând extinderea și dezvoltarea substanțială a sistemelor electrice naționale.

Există și măsuri utilizabile local, cum ar fi folosirea a alternativ sau simultan a mai multe sisteme de încălzire în sisteme hidride  de tip panou solar+pompă de căldură  sau pompă de căldură+cazan pe gaz sau pe lemn.

Pompele de căldură pot fi integrate cu ușurință în instalațiile de încălzire existente, în sisteme hibride   sau ca înlocuitor total al combustibililor fosili. De exemplu pompa de căldură cuplată cu centrala murală pe gaz de la Immergas, are funcționare flexibilă (fie electrică, fie pe gaz, fie combinată) și permite optimizarea costurilor de operare în funcție de prețul fiecărei surse de energie(prețul gazului și prețul  energiei electrice).

Subvenția autorităților pentru instalarea de sisteme de încălzire ecologice

În prezent, numai prin ajutoare și subvenții ale autorităților posesorii de sisteme de încălzire pot opta pentru o soluție ecologică de încălzire, datorită cum spuneam costurilor mari implicate.  La nivel european, schemele de finanțare din partea statului prin diverse metode, pentru modernizarea și ecologizarea sistemelor de încălzire sunt generoase. Aceste scheme încearcă să facă o investiție profitabilă din noile sisteme de încălzire.

Modelul german de subvenție pentru înlocuirea sistemelor de încălzire bazate pe gaz, acoperă maxim 70% din costuri. Schema este următoarea:

• Pentru toți proprietarii de clădiri care instalează sisteme de încălzire ecologice,  se va rambursa 30% din costuri.
• Dacă venitul impozabil anual al gospodăriei este sub 40.000 de euro, cazul a 45 % dintre proprietari, se va adăuga încă o subvenție de 30 % din costuri.
• O subvenție suplimentară de încă 20 % din costuri se va acorda dacă înlocuirea sistemului de încălzire vechi cu unul nou ecologic, are loc înainte de 2028.
• Valoarea totală a subvențiilor este limitată la 70 % din costuri.
• Proprietarii de clădiri care le închiriază, pot să adauge 10% din costurile unui nou sistem de încălzire la chirie, dar costurile de chirie nu pot crește cu mai mult de 50 de cenți pe metru pătrat.

Taxarea emisiilor de carbon

La nivel european există deja în curs de implementare o schemă de taxare a emisiilor de carbon care se speră că va descuraja instalarea de sisteme de încălzire pe gaz. Taxa pe carbon este un element important care poate de asemenea să influențeze piața.

Deci autoritățile au la dispoziție un mecanism dual, de subvenții pentru sistemele de încălzire ecologice și de taxare a emisiilor poluante ale sistemelor de încălzire vechi, prin care acționează și speră să producă evoluții pe piață. Rămâne de văzut și cum vor reacționa consumatorii, milioanele de posesori de instalații de încălzire pe gaz !

Concluzie

Pompa de căldură este o soluție viabilă dar complexă,  care poate să schimbe modelul de încălzire cel mai răspândit azi, bazat pe ardere de combustibili fosili. Trecerea va fi un proces amplu, cu o durată greu de estimat, cu costuri imense iar intervenția statului va ajuta acest proces.

 

#HeatPump #EnergyTransition #Wärmewende #ISH2025 #GreenEnergy