ROZWÓJ POMP CIEPŁA W POLSCE Opracował Park Naukowo-Technologiczny Euro-Centrum Katowice 2013
Rozwój technologii na rynku pomp ciepła w Polsce Polska jako kraj członkowski Unii Europejskiej zobowiązana jest do implementacji do prawodawstwa krajowego wymogów Dyrektyw Unijnych, miedzy innymi Dyrektywy 2009/28/WE (RES) z dnia 23 kwietnia 2009 r. Głównym celem w/w Dyrektywy jest doprowadzenie do wzrostu wykorzystania OZE w finalnym zużyciu energii do 15% w 2020 r. Prognozy rozwoju rynku OZE w Polsce i w pozostałych krajach Unii Europejskiej wskazują, że znaczącą rolę w wypełnieniu wymagań Dyrektywy może odegrać geotermia, w tym zwłaszcza geotermia niskotemperaturowa, wykorzystująca pompy ciepła, w pełni uznane jako urządzenia korzystające z odnawialnych źródeł energii. Technologia ta znana i rozwijana na świecie już od ponad lat, również w Polsce cieszy się coraz większym zainteresowaniem, pomimo braku mechanizmów wsparcia tej technologii, które stosowane są powszechnie w innych krajach Unii Europejskiej. Dobrym przykładem promowania technologii pomp ciepła są specjalne taryfy energetyczne dedykowane dla tych urządzeń, stosowane w Niemczech, Szwecji, Szwajcarii, Austrii, czy Francji a także różnego rodzaju formy dotacji, czy ulg podatkowych, co skutkuje znaczną ilością pomp ciepła sprzedawanych w tych krajach (Rys.1) i dużym udziałem pomp ciepła w rynku urządzeń grzewczych. Gdyby w Polsce udało się uruchomić dobry mechanizm wsparcia inwestycji z pompami ciepła, korzystając z doświadczenia krajów Europy Zachodniej w ciągu kliku lat, liczba inwestycji w pompy ciepła mogłaby wzrosnąć nawet 10-krotnie. Oznaczałoby to że liczba instalowanych pomp ciepła w Polsce wzrosłaby z 6000 szt. (jest to liczba pomp ciepła solanka/woda, woda/woda i powietrze/woda bez uwzględnienia pomp do produkcji c.w.u. sprzedanych w 2011 r. według PORT PC) do 100 000 szt. Taka ilość może znacząco oddziaływać zarówno na zwiększenie efektywności energetycznej jak i redukcję emisji CO 2 i innych zanieczyszczeń. Rysunek 1. Sprzedaż pomp ciepła w 2011 r. w Europie (z uwzględnieniem rewersyjnych pomp ciepła typu powietrze/powietrze) Źródło: European heat pump statistics. EHPA Outlook 2012 2
Jednak bez zewnętrznego dofinansowania dynamiczny rozwój tej gałęzi OZE jest nadal hamowany wysokim kosztem inwestycyjnym i szacuje się, że w 2016 roku sprzedaż pomp ciepła w Polsce będzie na poziomie około 20 000 szt. (Rys. 2.) Rysunek 2. Prognoza sprzedaży pomp ciepła w Polsce w latach 2012-2016. Źródło: BRG Consult, 2012 Opierając się na danych opublikowanych przez BRG Consult oraz BSRIA, a także ilości oszacowanej przez gros producentów pomp ciepła zrzeszonych w Polskiej Organizacji Rozwoju Technologii Pomp Ciepła (PORT PC), można stwierdzić że w 2011 roku w Polsce sprzedanych zostało około 10 000szt. pomp ciepła (Rys. 3). Spośród tej ilości główny udział przypada gruntowym pompom ciepła i pompom powietrznym do produkcji c.w.u. (po ok. 4,5 tys. szt.). Na podstawie danych z wszystkich trzech źródeł można oszacować że sprzedaż pomp ciepła zasilanych powietrzem zewnętrznym typu monoblok i split była na poziomie 1300 szt. Rysunek 3. Rynek pomp ciepła w Polsce w 2011 roku Źródło: PORT PC, styczeń 2012 Na Rys. 4 przedstawiona została ilość gruntowych pomp ciepła sprzedanych przez wiodących na polskim rynku producentów i dystrybutorów, objętych badaniem BRG Consult w 2011 r. Liderem w sprzedaży gruntowych pomp ciepła w Polsce w 2011 3
roku pozostała niezmiennie w stosunku do trzech poprzednich lat, firma NIBE-BIAWAR wchodząca w skład szwedzkiego koncernu NIBE AB oferująca pompy ciepła marki NIBE. NIBE-BIAWAR (NIBE) VAILLANT GROUP (VAILLANT) NIBE (ALPHA INNOTEC) DANFOSS (THERMIA) GLEN DIMPLEX (DIMPLEX) HIBERNATUS (HIBERNATUS) BDR THERMEA (SOFATH) M-MEDIATOR (SECUT) EURONOM (EURONOM) 30 20 385 3 3 330 300 2 230 200 160 160 1 110 Rysunek 4. Ilość gruntowych pomp ciepła sprzedanych przez wiodących producentów/dystrybutorów w Polsce w 2011r. Źródło: BRG Consult, na podstawie danych uzyskanych od producentów/dystrybutorów pomp ciepła, 2012 W Polsce, w segmencie gruntowych pomp ciepła najczęściej (41-43% w latach 2008-2009) instalowane są pompy o mocy do 10 kw. Są one montowane w nowych domach jednorodzinnych o powierzchni użytkowej od 1 do 200 m 2, które stanowią 80% wszystkich nowobudowanych domów jednorodzinnych. Niewielki wpływ na ten kierunek rozwoju miał zapewne wzrost zainteresowania pompami ciepła firm deweloperskich, które dostrzegają możliwość zwiększenia atrakcyjności oferty domów wyposażonych w urządzenia wykorzystujące OZE. Pompy ciepła o mocy 12-20 kw stanowiły w 2008 r. 39% instalacji pomp gruntowych, a w 2009 r. odnotowano spadek ich udziału do 32%. W ostatnim roku zanotowano wzrost popytu na pompy ciepła o dużej mocy grzewczej na potrzeby ogrzewania budynków wielorodzinnych, biurowousługowych, turystyczno-rekreacyjnych, sakralnych a także przemysłowych (wzrost udziału z 20 do 25%). Przed rokiem 2007, tego typu instalacje miały miejsce głównie w obiektach poddanych termomodernizacji, natomiast w ostatnich latach stale rośnie ich ilość również w budynkach nowych. W asortymencie powietrznych pomp ciepła zasilanych powietrzem zewnętrznym najczęściej instalowane są pompy o mocy do 14 kw, w nowych domach jednorodzinnych, często usytuowanych w miastach i na obrzeżach miast, tam gdzie nie ma wystarczająco dużej powierzchni działki do wykonania kolektora gruntowego. W ostatnich latach do oferty pomp powietrznych typu monoblok dołączyła pompa ciepła typu split, której udział w tym segmencie rynku pomp ciepła wzrósł z 16% do 24%. 660 4
Pompy na powietrze zewnętrzne cieszą się ogromną popularnością w krajach zachodniej Europy, m. innymi takich jak Francja, Niemcy, Austria, a także w Czechach, więc również w Polsce można się spodziewać dalszego wzrostu zainteresowania tą technologią. Urządzenia te oprócz tego, że wykorzystują niewątpliwie najtańsze i najłatwiejsze do pozyskania źródło ciepła, przeszły znaczne modyfikacje i ulepszenia, co może przyczynić się do przełamania bariery braku wiedzy dotyczącej tych urządzeń oraz obalenia powtarzanego wciąż sloganu, mówiącego o małej wydajności tego typu urządzeń w stosunku do panującego w Polsce surowego klimatu. Wzrost zastosowania systemów na bazie powietrznych pomp ciepła, może być też efektem rozszerzenia oferty pomp powietrznych i wprowadzenia pomp ciepła typu split w marce NIBE, Mitsubishi Electric, LG, czy Viessmann. Na Rys. 5 przedstawiona została ilość powietrznych pomp ciepła sprzedanych przez wiodących na polskim rynku producentów i dystrybutorów, objętych badaniem BRG Consult w 2011 r. Wg w/w badań firma Daikin oraz NIBE (Alpha Innotec) obejmują pozycję lidera w sprzedaży powietrznych pomp ciepła w Polsce w 2011 roku. DAIKIN INDUSTRIES (DAIKIN ALTHERMA) NIBE (ALPHA INNOTEC) VIESSMANN (VIESSMANN) GLEN DIMPLEX (DIMPLEX) BOSCH (BUDERUS) OCTOPUS ENERGI (OCTOPUS ENERGI) EURONOM (EURONOM) DANFOSS (THERMIA) OCHSNER (OCHSNER) VAILLANT (VAILLANT) BOSCH (IVT) NIBE (NIBE-BIAWAR) M-MEDIATOR (SEKUT) STIEBEL ELTRON (STIEBEL ELTRON) BOSCH (JUNKERS) 10 40 30 70 110 100 100 100 1 180 180 Rysunek 5. Ilość powietrznych pomp ciepła sprzedanych przez wiodących producentów/dystrybutorów w Polsce w 2011 r. Źródło: BRG Consult, na podstawie danych uzyskanych od producentów/dystrybutorów pomp ciepła, 2012 W Polsce powietrzne pompy ciepła są znakomitą alternatywą, gdy działka jest mała i nie ma żadnej możliwości wykonania wymiennika gruntowego. Jednak głównym rynkiem powietrznych pomp ciepła jest rynek termomodernizacji, czyli przede wszystkim, istniejące kotłownie opalane olejem bądź propanem-butanem. Powietrzne pompy ciepła większości producentów mogą współpracować z innymi źródłami ciepła, takimi jak np. kotły elektryczne, olejowe, gazowe. Zastosowanie powietrznych pomp 5
ciepła w takich przypadkach pozwala na redukcję kosztów ogrzewania nawet o około 60%. Aktualnie w Polsce pompy ciepła montowane są głównie w budynkach nowych. Według statystyk PORT PC publikowanych w raporcie EHPA Outlook 2012, instalacje pomp ciepła w nowych budynkach w stosunku do instalacji w budynkach poddanych termomodernizacji stanowiły 82% do 18%. W związku z tym możliwe jest że pompy ciepła typu powietrze/woda mają jeszcze przed sobą świetlaną przyszłość, kiedy proporcja instalacji pomp ciepła zmieni się na korzyść rynku termomodernizacji. W ostatnich trzech latach w Polsce zauważa się znaczny wzrost zainteresowania powietrznymi pompami ciepła, których główną funkcją jest produkcja c.w.u. przy wykorzystaniu ciepła zawartego w powietrzu wewnątrz budynku. Jest to głównie spowodowane ich stosunkowo niską ceną, prostotą montażu i wygodą użytkowania. Urządzenia zapewniają produkcję ciepłej wody w przeciągu całego roku, nie zależnie od tego czy świeci słońce i czy mamy kotłownię pełną opału i co najważniejsze trzykrotnie taniej w porównaniu do elektrycznych ogrzewaczy wody. Wartościami dodanymi jest dodatkowy komfort wentylacji, czy osuszania i chłodzenia pomieszczeń. Według danych PORT PC, ilość powietrznych pomp ciepła do produkcji c.w.u., zamontowanych w Polsce w 2011 r. wynosiła 40 szt., zrównując się z ilością gruntowych pomp ciepła i przewyższając ilość pomp zasilanych powietrzem zewnętrznym (Rys. 3). Ilość ta stanowiła aż 43% w stosunku do wszystkich pomp ciepła zamontowanych na terenie naszego kraju. W Europie natomiast udział pomp ciepła do produkcji c.w.u. stanowi 6,3%, jednak wartość tą zaniża fakt uwzględnienia w statystykach również rewersyjnych pomp ciepła typu powietrze/powietrze (Rys. 6). Rysunek 6. Rynek pomp ciepła w 2011r z podziałem na typy urządzeń (EU-20). Źródło: European Heat Pump Statistics, EHPA Outlook 2012 6
VIESSMANN (VIESSMANN) 480 BOSCH (BUDERUS) STIEBEL ELTRON (STIEBEL ELTRON) OCHSNER (OCHSNER) 100 1 300 NIBE (ALPHA INNOTEC) GLEN DIMPLEX (DIMPLEX) BOSCH (JUNKERS) VAILLANT (SAUNIER DUVAL) 70 60 Rysunek 2. Ilość powietrznych pomp ciepła do produkcji c.w.u. sprzedanych przez wiodących producentów/dystrybutorów w Polsce w 2011 r. Źródło: BRG Consult, na podstawie danych uzyskanych od producentów/dystrybutorów pomp ciepła, 2012 Rozwój pomp ciepła w aspekcie technologicznym Pod względem technologii w ostatnim dziesięcioleciu obserwujemy ogromne zmiany jeżeli chodzi o parametry pracy zarówno pomp gruntowych jak i powietrznych. Nie bez przyczyny mówi się że technologia pomp ciepła to technologia przyszłości, która na rynku urządzeń grzewczych w największym stopniu ulega modyfikacjom i ciągle się rozwija. Z roku na rok obserwujemy wprowadzanie na polski rynek coraz to nowych urządzeń o coraz wyższej sprawności. Efektem ulepszeń i innowacyjności w konstrukcji gruntowych pomp ciepła jest wzrost ich sprawności, w wyniku której ten typ pomp ciepła osiąga obecnie COP powyżej 5 przy B0/W35, a co za tym idzie wzrost redukcji wzrost redukcji zużycia energii w budynku z 65% o którym mówiło się pięć lat temu, aż do 80% w chwili obecnej. Tak wysokie współczynniki sprawności osiągnięte zostały między innymi dzięki badaniom nad czynnikami chłodniczymi, wprowadzeniu pomp obiegowych z modulowaną wydajnością (w klasie energooszczędności A), nowym materiałom izolacyjnym, czy nowej wysokowydajnej konstrukcji zbiorników ciepłej wody użytkowej dzięki którym sprawność produkcji c.w.u. przez pompy ciepła znacznie wzrosła itp. Wciągu ostatnich lat do oferty producentów weszły również pompy o modulowanej mocy grzewczej w których inwerter steruje prędkością obrotów sprężarki. To ekonomiczne rozwiązanie powoduje produkcję dokładnie takiej ilości energii, jaka jest aktualnie potrzebna. Natężenie hałasu emitowane przez 7
gruntowe pompy ciepła zostało znacznie zredukowane. Nowe konstrukcje urządzeń, umożliwiają osiągnięcie minimalnego poziomu natężenia dźwięku podczas pracy pompy ciepła nawet do poziomu 40-45dB (według EN12102 przy B0/W35), co sprawia, że ludzkie ucho nie jest w stanie określić czy pompa ciepła pracuje. Zmianie uległy wymiary pomp ciepła, które stają się coraz to bardziej kompaktowymi urządzeniami, zajmującymi mniej niż 0,5 m 2 powierzchni w pomieszczeniu. W ostatnim czasie producenci gruntowych pomp ciepła prześcigają się w automatyce zwiększającej komfort użytkowania i serwisowania tego typu urządzeń. Pompy ciepła już nie tylko ogrzewają budynek ale mogą pełnić funkcje produkcji ciepłej wody użytkowej, chłodzenia, wentylacji z odzyskiem ciepła. Zarówno użytkowanie jak i serwisowanie, staje się coraz łatwiejsze, ze względu na możliwość zdalnego sterowania urządzeniem przez sieć GSM czy Internet, która staje się powoli standardem wyposażenia pompy ciepła. Najnowsze systemy sterowania pomp ciepła znacznie ułatwiają dokonywanie ustawień, zarówno instalatorowi przy uruchamianiu, jak również użytkownikowi przy późniejszej obsłudze pompy, mogą mieć możliwość sterowania dodatkowymi urządzeniami grzewczymi, czy też aktualizacji oprogramowania i przekazywania danych przez port USB. W ostatnich latach wyraźnie zaznacza się ogromny postęp w rozwoju technologii powietrznych pomp ciepła. Pompy ciepła powietrze-woda, jako źródło ciepła wykorzystują powietrze zewnętrzne, w związku z czym wykonywanie dolnego źródła w postaci sond pionowych lub kolektora gruntowego jest zbędne. Nie dalej jak w 2005r. minimalne temperatury powietrza zewnętrznego, przy których pompy ciepła były w jeszcze w stanie ekonomicznie pracować osiągały wartość -15 C. W ciągu zaledwie 3 lat na polskim rynku pojawiły się powietrzne pompy ciepła pracujące już do -20 C, a obecnie nawet do -25 C. Co więcej współczynnik sprawności pomp zasilanych powietrzem zewnętrznym osiąga wartości ponad 4,5 dla A7/W35 przy nominalnym przepływie powietrza, podczas gdy 5 lat wstecz był on na poziomie 3,0. Potwierdzają to wyniki badań prowadzonych w Niemczech na opomiarowanych istniejących instalacjach z pompami ciepła, w których na bazie rzeczywistych wartości zużycia i produkcji energii wyliczony został średnioroczny współczynnik sprawności tzw. SPF (Rys 8). Gdyby powietrzne pompy ciepła osiągnęły poziom sprawności porównywalny z pompami gruntowymi (zarówno dla ogrzewania jak i produkcji c.w.u), to właśnie ten rodzaj pomp ciepła byłby dominującą technologią. Tendencja wzrostu udziału powietrznych pomp ciepła w stosunku do pomp gruntowych jest już zauważalna w krajach zachodniej Europy (w tym w Niemczech i Czechach) i szacuje się że również w Polsce udział powietrznych pomp ciepła wzrośnie do 70% w 2020 r. (Rys. 9). 8
Wskaźnik sprawności SPF 3,2 3,0 2,8 2,6 2,4 2,2 2,0 10 8 7 2007 2008/2009 2010 Rozpoczęcie pomiarów Rysunek 8. Zmiany średniorocznego współczynnika sprawności SPF, powietrznych pomp ciepła zainstalowanych na terenie Niemiec, w trakcie trwania projektu badawczego realizowanego przez ISE Fraunchofera w Niemczech Źródło: Marek Miara, ISE Fraunchofera w Niemczech Konstruktorzy pomp powietrznych duży nacisk kładli również na hałas jaki te urządzenia emitują. Natężenie dźwięku według EN12102 przy 7/45 dla tego typu urządzeń wynosi nawet poniżej db, a w odległości 2 m poniżej 40 db, co powoduje, że nie są kłopotliwe dla najbliższego sąsiedztwa. Cały czas jednak największym mankamentem tego rozwiązania są sezonowe i pogodowe zmiany temperatury powietrza, przy czym najgorsze warunki są w zimie, kiedy pompa ciepła jest mocno eksploatowana, a jej sprawność spada w miarę obniżania się temperatury powietrza (dla T poniżej -10 C współczynnik COP wynosi ok. 2-3) i konieczne jest zastosowanie dodatkowego źródła ciepła. Ze względu na niższą temperaturę powietrza w stosunku do gruntu w sezonie grzewczym, pompy zasilane powietrzem zewnętrznym mają niższy współczynnik sprawności co przekłada się na wyższy koszt ogrzewania budynku o około 800 zł rocznie dla pompy ciepła typu powietrze/woda w stosunku do pompy typu solanka/woda dla przeciętnego domu o powierzchni 180 m 2. Należy jednak pamiętać że w przypadku produkcji c.w.u., roczny współczynnik pomp powietrznych ulegnie znacznemu obniżeniu (do 3,2-3,7), ponieważ różnica między temp dolnego źródła a wysoką temp. c.w.u. jest znacznie wyższa dla pomp powietrznych, szczególnie w okresie zimowym. Czy jest on jednak na tyle niższy, żeby inwestycja w pompę powietrzną była nieuzasadniona ekonomicznie w stosunku do pompy gruntowej? Koszt instalacji gruntowej pompy ciepła 9
z kolektorem gruntowym wynosi około 000 zł brutto, natomiast koszt instalacji pompy zasilanej powietrzem zewnętrznym to praktycznie koszt samego urządzenia i montażu i wynosi około 32 000 zł brutto. 10% 20% 2010 r. Pompy ciepła typu powietrze/woda Pompy ciepła typu solanka/woda 70% 5% Pompy ciepła typu woda/woda 25% 2020 r. 70% Rysunek 9. Przewidywany udział poszczególnych typów pomp ciepła na polskim rynku w 2012 r. Źródło: PORT PC dr inż. Małgorzata Smuczyńska Kierownik Działu Odnawialnych Źródeł Energii, Nibe-Biawar Sp z o.o. Sekretarz Zarządu Polskiej Organizacji Rozwoju Technologii Pomp Ciepła (PORT PC) 10