Istnieją przynajmniej dwa argumenty za tym, aby instalować pompy ciepła w budynkach wielorodzinnych na większą niż do tej pory skalę. Pierwszym jest możliwość obniżenia kosztów ogrzewania, kolejnym — wykonania dużego kroku w stronę neutralności emisyjnej.
W poniższym wpisie wyjaśnimy, dlaczego w budownictwie zamieszkania zbiorowego wciąż nie widuje się zbyt często pomp ciepła — i jakie rozwiązania konstrukcyjne mogą pomóc to zmienić.
Dlaczego instalacja pomp ciepła w tego typu budynkach może być wyzwaniem?
O ile w przypadku domów wolnostojących instalacja pompy ciepła jest dość prostą sprawą, tak przy realizacji takiego projektu dla budynku wielorodzinnego może pojawić się sporo komplikacji — i to nie tylko natury technicznej.
Problemem bywa, chociażby, skomplikowana struktura własności nieruchomości. Blok może być własnością miejską, spółdzielczą, może też znajdować się w rękach przynajmniej kilku właścicieli prywatnych. Instalacja nowego systemu ogrzewania wymagałaby zgody wszystkich zainteresowanych, a to przecież łatwym zadaniem nie jest. Zwłaszcza gdy dojdą do tego wysokie koszty samej inwestycji (która, oczywiście, w dłuższej perspektywie powinna się opłacić). Jeżeli mówimy o modernizacji starszych kamienic — instalację często trzeba uzgodnić z konserwatorem. A jeśli projekt zakłada instalację pompy gruntowej — pojawić się mogą trudności z zagospodarowaniem miejsca na dolne źródło na przyległym terenie.
Od strony technicznej — trzeba pamiętać, że w budynkach wielopoziomowych system grzewczy musi pracować na nieco wyższych temperaturach, aby zrekompensować straty ciepła przy jego transporcie na górne kondygnacje. Samo zapotrzebowanie na ciepło też jest, oczywiście, większe.
A zatem — jeśli planujemy włączyć do projektu instalacji grzewczej pompę ciepła, musimy uwzględnić każdy z tych problemów. O wiele łatwiej będzie to zrobić w przypadku projektu nowo budowanego bloku, który można od razu dostosować do wymagań instalacji z pompą ciepła; modernizacja starszych budynków może wymagać pewnych kompromisów.
System grzewczy z pompą ciepła w budynku wielorodzinnym — 4 rozwiązania konstrukcyjne
Wydany pod koniec 2022 roku raport Międzynarodowej Agencji Energii — Annex 50 – pompy ciepła w budynkach wielorodzinnych — podsuwa kilka pomysłów na to, jak podejść do konstrukcji instalacji grzewczej w blokach.
System centralny dla całego budynku
Pierwszym rozwiązaniem jest zainstalowanie pompy ciepła jako jednostkę C.O. — i rozprowadzenie energii cieplnej bezpośrednio do wszystkich mieszkań. Jest to rozwiązanie zdecydowanie najprostsze, które pozwala łatwo zastąpić tradycyjny kocioł pompą — natomiast trzeba się liczyć z największymi stratami energii.
W mniejszych budynkach wystarczyć może jedna pompa. W większych, dla zaspokojenia zapotrzebowania na ciepło i zredukowania strat ciepła na rozprowadzeniu, konieczne może być
- skonstruowanie kaskadowego systemu kilku pomp
lub
- rozdzielenie instalacji na dwa systemy centralne; osobno dla ogrzewania i dla ciepłej wody użytkowej.
System centralno-decentralny
Podobny do rozwiązania, o którym wspomnieliśmy w poprzednim zdaniu. Z jedną różnicą — zamiast dwóch systemów centralnych, instalujemy system centralny dla ogrzewania oraz system decentralny dla C.W.U. W tym układzie każde mieszkanie dysponowałoby własną, mniejszą pompą ciepła na potrzeby podgrzewania wody użytkowej.
Alternatywnie, zamiast pomp ciepła można zainstalować podgrzewacze elektryczne — w ten sposób wyeliminujemy, przynajmniej częściowo, problem strat ciepła; wzrosną za to rachunki za prąd.
Problemem takiego systemu jest — jak w kolejnym przypadku — wyższy koszt inwestycji.
System segmentowy
Całkiem ciekawe rozwiązanie — zakłada instalację kilku pomp ciepła, z których każda byłaby odpowiedzialna za dostarczenie ciepła tylko do kilku mieszkań (zazwyczaj — jednej pompa na kondygnację).
Zaletą jest, znów, ograniczenie strat ciepła, a także możliwość instalacji mniejszych, nieco tańszych pomp.
Tyle samo jest jednak wad. Po pierwsze — należałoby na każdym piętrze wygospodarować pomieszczenie techniczne dla pompy. Po drugie — w przypadku pompy gruntowej pojawi się problem z rozprowadzeniem energii z dolnego źródła; konieczna byłaby instalacja przynajmniej kilku systemów rozprowadzania.
System decentralny
Czyli układ, w którym każde mieszkanie dysponuje własną pompą ciepła.
Rozwiązuje problem strat ciepła na rozprowadzeniu — które staje się zbędne; nie ma więc konieczności prowadzenia dodatkowych (i kosztownych) prac nad orurowaniem całego budynku. Przy okazji — każdy właściciel ma „wolną rękę”, jeśli chodzi o wybór instalacji — co będzie przydatne w budynkach o skomplikowanej strukturze własności.
Problem? Taki system umożliwia w praktyce instalację wyłącznie pomp powietrznych — głośniejszych i mniej wydajnych niż pompy gruntowe. Co więcej, w każdym mieszkaniu trzeba będzie wygospodarować dodatkową przestrzeń na pompę i wykonać oddzielną instalację.
Systemy hybrydowe — rozwiązanie-kompromis?
Samodzielne pompy ciepła w budynkach wielopoziomowych nie zawsze zdają egzamin. Dotyczy to zwłaszcza budynków modernizowanych, niedostosowanych na etapie projektowania do wymagań takiego systemu. W takich przypadkach warto zastanowić się nad systemem hybrydowym.
Jeżeli stare źródło ciepła jest stosunkowo wydajne i nie przysparza większych problemów — ciekawym pomysłem jest zainstalowanie mniejszej pompy, jako jego wspomaganie. Inną opcją — o której już wspomnieliśmy — jest skonstruowanie dwóch systemów centralnych (dla ogrzewania i C.W.U), gdzie jeden będzie działał na pompie ciepła, a drugi — na kotle lub na instalacji elektrycznej.
Instalacja z pompą powietrzną czy gruntową?
Kolejną kwestią, którą trzeba mieć na uwadze przy projektowaniu instalacji z pompą ciepła w budynku wielorodzinnym jest rodzaj samej pompy.
- Powietrzna pompa ciepła — która nie wymaga dużych nakładów inwestycyjnych i może być zainstalowana w zasadzie w każdym budynku. Niestety, jej działanie wiąże się z dość sporym hałasem, a co najważniejsze — przy spadkach temperatury powietrza znacznie obniża się jej wydajność; dlatego też powinno jej towarzyszyć źródło szczytowe (np. tradycyjny kocioł gazowy lub grzałki elektryczne o odpowiedniej mocy).
- Gruntowa pompa ciepła — droższa, wymagająca instalacji dolnego źródła; ale zapewniająca bardziej stabilną, wydajną i cichą pracę. Dodatkowo — oferuje funkcję pasywnego chłodzenia (bezpośredniego odprowadzenia ciepła z budynku), która w cieplejsze miesiące może (za darmo) zastąpić klimatyzację, przy założeniu, że budynek został wyposażony w instalacje rozprowadzenia chłodu. W większości budynków wielopoziomowych instaluje się dwie-trzy takie pompy w układzie kaskadowym.
Generalnie, optymalnym rozwiązaniem jest instalacja pomp gruntowych — problem w tym, że warunki wielu projektów nie za bardzo na to pozwalają. Sprawę najbardziej komplikuje konieczność połączenia pompy z dolnym źródłem — jeżeli nie możemy go zainstalować, system pomp powietrznych powinien być dobrą alternatywą. Zwłaszcza jeśli zadbamy o niezawodne źródło szczytowe oraz izolację akustyczną (na przykład w postaci specjalnych ekranów, jeżeli pompy znajdują się na dachu budynku).
Zagadnienia projektowe i najczęściej występujące problemy przy doborze pomp ciepła w budynkach wielorodzinnych
System grzewczy budynku wielorodzinnego oparty wyłącznie na pompie ciepła powinien zostać skrupulatnie zaprojektowany, bo kwestia doboru urządzeń jest w tym przypadku zdecydowanie trudniejsza niż w typowym domu jednorodzinnym.
Zapotrzebowanie cieplne budynku musi zostać szczegółowo obliczone. Pompy ciepła zapewniają niższą temperaturę zasilania instalacji niż kotły na paliwa konwencjonalne. Należy zatem dobrać taką instalację rozprowadzenia i oddawania ciepła, żeby pompa ciepła mogła pracować w sposób ekonomiczny. Transport ciepła pomiędzy budynkami odbywa się poprzez system rur preizolowanych. System rozprowadzenia w budynku musi zostać dobrze zaizolowany, a odbiornikami ciepła w pomieszczeniach powinna być instalacja podłogowa, klimakonwektory lub grzejniki niskotemperaturowe.
Większym problemem jest dobór pojemności zbiornika na c.w.u. tak, by zawsze była pełna dostępność ciepłej wody w punktach czerpalnych. Pompy ciepła ponownie mają niższą temperaturę zasilania, przez co potrzeba dużo większych zbiorników akumulacji c.w.u. niż w instalacji tradycyjnej. Dodatkowo, zgodnie z wymogami technicznymi, należy zapewnić temperaturę minimum 55 °C na wylewce w najbardziej odległym punkcie czerpalnym, co powoduje, że nawet przy dobrze zaizolowanej instalacji, woda w zbiorniku musi mieć minimum 60 °C. Nie każda pompa ciepła sobie z tym poradzi.
W praktyce, przy modernizacji budynków wielorodzinnych najczęściej wykorzystywanym wariantem jest pozostawienie aktualnego źródła ogrzewania i dołożenie pomp ciepła do wytwarzania c.w.u. w okresie letnim. W takim przypadku najczęściej każdy blok posiada własną pompę ciepła i zbiornik c.w.u. Zaletą takiego rozwiązania jest relatywnie niski koszt inwestycyjny, zdecydowanie łatwiejszy dobór i mniej skomplikowany projekt, dodatkowo wykorzystujemy pompy ciepła wtedy, kiedy mają najwyższą sprawność. W okresie letnim nie trzeba wówczas rozpalać kotła tradycyjnego, który wymaga zdecydowanie więcej obsługi przy pracy.
Kolejną kwestią jest sama lokalizacja pompy ciepła. Budynki wielorodzinne najczęściej zlokalizowane są w zwartej zabudowie. W wariancie samodzielnej pracy pompy ciepła, wykorzystujemy urządzenia o dużej mocy, które generują oczywiście większy hałas niż pompy do domu jednorodzinnego. To powoduje, że najbardziej korzystne jest ich lokalizowanie na dachu, jednak w budynkach modernizowanych może się okazać, że nie jest możliwe obciążenie konstrukcji dachu dodatkowymi kilkuset kilogramami lub nawet kilkoma tonami.
