Ogrzewanie i klimatyzacja biurowców ciepłem ziemi
prof. zw. dr hab. inż. Włodzimierz Kotowski
Szybko oraz znacznie rosnące ceny nieodnawialnych nośników energii są wystarczającą siłą napędową do stosowania na coraz większą skalę pomp ciepła - obok budownictwa mieszkaniowego - również w ogrzewaniu oraz klimatyzowaniu wielkich biurowców.

Tak doszło ostatnio do wybudowania pokaźnego kompleksu budynków biurowych w Ludwigshafen, w RFN (o powierzchni użytkowej prawie 10.000 m2 dla 550 pracowników), który ilustruje rys. 1. Te budynki wybudowano w wersji pasywnej, z wysoko efektywną izolacją termiczną, a okna z potrójnymi szybami, dzięki którym roczne zapotrzebowanie na ciepło wynosi tylko 15 kWh/m2. Ogrzewanie zimą oraz chłodzenie latem tych obiektów odbywa się ciepłem ziemi z głębokości 95 metrów, przy użyciu pompy ciepła (patrz rys. 2). Tak inwestując, koszty eksploatacji oraz utrzymania obiektów obniża się o około 50% w porównaniu ze standardowymi technologiami ogrzewania i klimatyzacji budynków.
Te wysokie oszczędności osiąga się w części dzięki temu, że pompę ciepła zasila się energią elektryczną z własnych baterii fotowoltaicznych, zainstalowanych na dachach omawianych budynków. Moc zainstalowanej pompy ciepła wynosi 40 kW (M. Forst; Sonne Wind & Wärme, 34,13, 2008).
Tego typu kompleksów biurowych z pompami ciepła zbudowano na terenie Niemiec już ponad 200, przy czym ilość zamówień na nowe systemy grzewczo-klimatyzacyjne zwiększa się znacznie w miarę upływu czasu.
Schematy procesowe korzystania z geotermii jako sezonowych zasobników ciepła ilustruje rys. 3. Dla tego celu nadaje się często ziemia bezpośrednio pod budynkami. W okresie lata – gdy budynki bywają chodzone – ciepło gromadzi się w ziemi (która wówczas osiąga temperaturę 8–16 st. C) pod nimi, a zimą bywa ono pompami ciepła wykorzystywane do ich ogrzewania. Trzeba w tym miejscu podkreślić fakt, że grunt pod budynkami szybko się regeneruje podczas przechodzenia z sezonu grzewczego do klimatyzacyjnego, przy czym możliwe są tu dość znaczne roczne różnice w poborze lub oddawaniu ciepła ziemi. Oczywiście, gdy bilanse poboru i oddawania ciepła między sezonami grzewczymi oraz klimatyzacyjnymi są sobie bliższe, tym efektywniej stoją zasoby energii geotermalnej do dyspozycji użytkowników obiektów biurowych.
Układ pomp ciepła, zasilanych bateriami ogniw fotowoltaicznych, wymaga odpowiednich nakładów inwestycyjnych, które zwracają się jednak – co trzeba tu podkreślić – na przestrzeni niewielu lat. Sprawa ta jest dla inwestorów niezwykle ważna przez fakt, że nie są oni w stanie doprowadzić do poprawnego określenia zwrotu kapitału podczas niezbędnych, wariantowych analiz ekonomicznych planowanej inwestycji klimatyzacyjno-grzewczej. Problem bowiem tkwi w tym, że nikt nie jest w stanie określić kształtowania się cen różnych nośników energii w okresie najbliższych dziesięciu lat, taki jest bowiem typowy okres zwrotu kapitału.
Tego ogromnego kłopotu nie ma się jednak podczas analizy opłacalności inwestycji, związanej z nową instalacją klimatyzacyjno-grzewczą budynków w powiązaniu z pompą ciepła i to zasilaną własnymi bateriami ogniw fotowoltaicznych. Tu bowiem dostępne są dokładne informacje o kosztach i cenach każdej pozycji tego typu przedsięwzięcia inwestycyjnego. W dodatku bardzo wiele już wybudowanych w ostatnich latach obiektów jednoznacznie dokumentuje faktyczne okresy zwrotu nakładów inwestycyjnych, które nigdzie nie przekraczają dziesięciu lat.
Tego typu inwestycja jest szczególnie ekonomicznie wysoce opłacalną przez to, że może być stosowana w tzw. niskotemperaturowym systemie grzewczym. Do niego zalicza się ogrzewanie podłogowe zimą oraz płytowe chłodzenie (klimatyzacja) latem. Ta technika grzewczo-chłodnicza jest w dodatku tym efektywniejsza, im wyższe są budynki, a co ma miejsce w dużych aglomeracjach miejskich.
Wszystkie wyżej zaprezentowane zalety ogrzewania oraz klimatyzowania, tak budownictwa mieszkaniowego, jak i użyteczności publicznej, czy biurowców przy użyciu pomp ciepła, zasilanych własnymi bateriami ogniw fotowoltaicznych odnoszą się nie tylko do Niemiec, ale również do Polski i innych krajów Europy, które mają podobny klimat oraz uwarunkowania gospodarcze.
Zastosowanie jednak zaprezentowanych innowacji klimatyzacyjno-grzewczych w szeroko pojętym budownictwie jest szczególnie wskazane w warunkach naszego kraju, w którym dominuje kosztowna i niekorzystna ekologicznie energetyka węglowa. Dodatkowym czynnikiem wspierającym zastosowanie pomp ciepła, zasilanych bateriami ogniw fotowoltaicznych w naszym kraju stanowi fakt, że większość urządzeń oraz robót budowlano-montażowych mogą wykonać nasze specjalistyczne przedsiębiorstwa.