Αντλίες θερμότητας: Απάντηση στους λογαριασμούς-φωτιά για θέρμανση;

Ο Καθηγητής ΕΜΠ Σωτήρης Καρέλλας, σε συνέντευξή του στον Γιώργο Κάραλη, ερευνητή ΕΜΠ, αναλύει τα νέα δεδομένα στο πεδίο των συστημάτων θέρμανσης.

Είχαμε συνηθίσει τόσα χρόνια οι προβολείς για την ανάπτυξη των Ανανεώσιμων Πηγών Ενέργειας να πέφτουν στην ηλεκτροπαραγωγή, ενώ την ίδια στιγμή τομείς όπως η θέρμανση, η ψύξη και οι μεταφορές αντιπροσωπεύουν περισσότερο από το 80% της καταναλισκόμενης ενέργειας παγκοσμίως. Τον περασμένο Δεκέμβρη, το Εργαστήριο Ατμοκινητήρων και Λεβήτων του ΕΜΠ, σε συνεργασία με το Ινστιτούτο Χημικών Διεργασιών και Ενεργειακών Πόρων του ΕΚΕΤΑ, έφερε στο φως της δημοσιότητας τη μελέτη για το κόστος θέρμανσης στην Ελλάδα, η οποία ανέδειξε τον σημαντικό ρόλο των αντλιών θερμότητας. Προφανώς, τα ευρήματα αυτής της μελέτης ενισχύονται από τις τελευταίες εξελίξεις στην Ευρώπη και τον πόλεμο στην Ουκρανία. Υπάρχει κάποιο «θερμοδυναμικό παράδοξο» στο συμπέρασμα ότι οι αντλίες θερμότητας είναι η φτηνότερη λύση;

Σ.Κ.: Η μετατροπή της ηλεκτρικής ενέργειας σε θερμότητα με απόδοση 100%, όπως για παράδειγμα στην περίπτωση της χρήσης ηλεκτρικών αντιστάσεων, δεν αποτυπώνει με ακρίβεια την αρχή λειτουργίας μιας τυπικής αντλίας θερμότητας (Α/Θ). Με απλά λόγια, στην περίπτωση των Α/Θ, για κάθε μονάδα ηλεκτρικής ενέργειας που χρησιμοποιείται αξιοποιούνται πολλαπλάσιες μονάδες ενέργειας που βρίσκονται στον αέρα ή στο νερό (Α.Π.Ε.). Αυτό έχει ως αποτέλεσμα, οι Α/Θ να αποτελούν εν τέλει μια οικονομική λύση λαμβάνοντας βεβαίως υπ’ όψιν αφενός τους τυπικούς βαθμούς απόδοσης και το κόστος της ηλεκτρικής ενέργειας σε σχέση με τα συμβατικά καύσιμα. Ως επένδυση εξακολουθεί να είναι υψηλού κόστους, αν και υπάρχει προοπτική να γίνει βιώσιμη με επιχορηγήσεις και κίνητρα, σε συνάρτηση πάντα με τις συνολικές ετήσιες θερμικές ανάγκες ενός νοικοκυριού ή μιας εγκατάστασης.

-Αυτή η μελέτη που δημοσιεύτηκε για πρώτη φορά τον Δεκέμβρη του 2017 και επικαιροποιήθηκε το 2021, διαπιστώνει ότι το φυσικό αέριο από πολύ ανταγωνιστική λύση το 2017 (0,07€/kWh_th) έγινε μια ακριβή λύση το 2021 (0,16€/kWh_th). Παράλληλα, παρακολουθούμε πλέον τα δεδομένα να αλλάζουν σε καθημερινή βάση και να το καθιστούν μια λύση «πολυτελείας» για το μέσο ελληνικό νοικοκυριό. Τι αλλαγές έχουμε με τις νέες τιμές στην αγορά φυσικού αερίου και πόσο συχνά πιστεύεις ότι θα χρειαστεί να επικαιροποιούμε τα αποτελέσματα αυτής της μελέτης; 

Σ.Κ.: Οι τιμές που εξέτασε η μελέτη αφορούσαν την περίοδο Οκτώβριος – Δεκέμβριος 2021. Από τότε, η τιμή της προμήθειας είχε αυξομειώσεις. Η μέση τιμή για την περίοδο Ιανουάριου – Απριλίου διαμορφώθηκε περίπου στα 0,18 €/kWh, χωρίς εκ των προτέρων να λαμβάνεται υπ’ όψιν η κρατική επιχορήγηση που τέθηκε σε ισχύ στις αρχές του χρόνου και οι αναπροσαρμογές του κάθε παρόχου. Επομένως, η τελική τιμή τείνει να διαμορφωθεί στα ίδια επίπεδα με εκείνα της μελέτης ή και χαμηλότερα. Η επικαιροποίηση εξαρτάται από την ένταση των αυξομειώσεων της τιμής χονδρικής, αλλά και από τα σχετικά εθνικά μέτρα και τις πολιτικές των παρόχων. Για τα νοικοκυριά, το ενδιαφέρον επικεντρώνεται κυρίως στην περίοδο θέρμανσης, συνεπώς θα μπορούσε να γίνεται μία με δύο φορές το χρόνο, στην αρχή και μέση της σεζόν.

-Τι συμβαίνει με το ανθρακικό αποτύπωμα – πέραν δηλαδή του κόστους – των διαφόρων τεχνολογιών; Έχει ενσωματωθεί αυτή η παράμετρος στα δεδομένα της μελέτης και σε ποια κατεύθυνση θα μπορούσε να επηρεάσει τα συμπεράσματα;

Σ.Κ.: Στην τελευταία μελέτη δεν ενσωματώθηκε το ανθρακικό αποτύπωμα στις τεχνολογίες όπως αυτό είχε γίνει στην πρώτη μελέτη. Σε γενικές γραμμές και όσον αφορά μόνο το CO_2, οι τεχνολογίες λεβήτων και Α/Θ είχαν παραπλήσιες τιμές, με εκείνες των Α/Θ να είναι λίγο πιο αυξημένες. Παρά ταύτα, λόγω της απολιγνιτοποίησης στην ηλεκτροπαραγωγή και της αυξανόμενης συμμετοχής του φυσικού αερίου, ταυτόχρονα με την αυξανόμενη διείσδυση των ΑΠΕ, το ανθρακικό αποτύπωμα της χρήσης των A/Θ αναμένεται να έχει σημαντική μείωση, ενώ αντίθετα των καυσίμων να παραμένει σταθερό.

-Αν στοχεύσουμε στην ευρεία χρήση αντλιών θερμότητας, ποιες θεωρείς ότι είναι οι τεχνολογικές προκλήσεις ή περιορισμοί, αλλά και οι πλέον ενδεδειγμένοι τεχνολογικοί τύποι (δηλ. αέρος, νερού, καλοριφέρ κτλ.); 

Σ.Κ.: Όσον αφορά τις Α/Θ Αέρα – Νερού, ένας περιορισμός είναι οι χαμηλές και μεσαίες θερμοκρασίες εξόδου του νερού από αυτές. Αξίζει να σημειωθεί ότι υπάρχουν Α/Θ υψηλών θερμοκρασιών, είναι όμως πιο ακριβές και με σημαντικά χαμηλότερες αποδόσεις. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα να μην είναι κατάλληλη η χρήση τους με υφιστάμενα τερματικά – σώματα που είναι διαστασιολογημένα για υψηλές θερμοκρασίες (70-80◦) και να συνιστάται η αλλαγή τους με άλλα σώματα, μεγαλύτερων διαστάσεων, ή με Fan-Coil ή ενδοδαπέδια συστήματα.Παρ’όλα αυτά έχουν γίνει στην Ελλάδα πάρα πολλές αντικαταστάσεις, χωρίς την αλλαγή τερματικών (σώματα) με ταυτόχρονη ενίσχυση της θερμομόνωσης του κελύφους, αντισταθμίζοντας έτσι τη χαμηλότερη θερμική απόδοση σωμάτων λόγω θερμοκρασίας.

Μια άλλη πρόκληση είναι οι μειωμένες αποδόσεις σε χαμηλές εξωτερικές θερμοκρασίες, για παράδειγμα στα βόρεια και ορεινά της χώρας. Η χρήση υβριδικών συστημάτων (Α/Θ μαζί με λέβητες Φ/Α ή υγραερίου) προτείνεται ως λύση όταν πέφτει πολύ η εξωτερική θερμοκρασία. Αν αναλογιστεί κανείς την αύξηση του αριθμού εγκαταστάσεων Α/Θ σε όλη την Ευρώπη, συμπεραίνει ότι οι περιοχές της νότιας και κεντρικής Ελλάδας είναι μάλλον ιδανικές για χρήση Α/Θ, καθώς οι χειμερινοί μήνες χαρακτηρίζονται μάλλον ως ήπιοι.

Όσον αφορά τις Α/Θ νερού – νερού (γεωθερμικές κλπ.), η εφαρμογή απαιτεί αρκετά μεγάλο διαθέσιμο εξωτερικό χώρο ή διαθεσιμότητα φυσικών υδάτινων δεξαμενών, καθώς και  αυξημένες θερμικές (και ψυκτικές) απαιτήσεις, ώστε να είναι βιώσιμη η επένδυση. Αυτό σημαίνει ότι είναι κατάλληλη υπό προϋποθέσεις σε πιο μεγάλες εφαρμογές από τις οικιακές.

-Ποια κτήρια είναι κατάλληλα και ποια όχι;

Σ.Κ.: Δεν υπάρχει γενικός κανόνας. Όπως προαναφέραμε, η αλλαγή ή όχι των τερματικών επηρεάζει την επιλογή συστήματος. Σίγουρα προσφέρονται τα κτήρια κατοικιών αλλά και τα γραφεία με χρήση Fan-Coil που συνδυάζουν και ψύξη. Οπωσδήποτε, θα πρέπει να εξασφαλίζεται προηγουμένως μια καλή θερμομονωτική ικανότητα ώστε να ελαχιστοποιούνται οι απώλειες.

-Έχεις κάποια εκτίμηση τι μερίδιο των αναγκών θέρμανσης καλύπτεται από αντλίες θερμότητας στην Ελλάδα και αν χρειάζονται συγκεκριμένες πολιτικές για την περαιτέρω προώθηση και αξιοποίηση της εν λόγω τεχνολογικής λύσης, ή αρκεί το χαμηλό κόστος;

Σ.Κ.: Όσον αφορά τις Α/Θ αέρα – νερού στα νοικοκυριά, το ποσοστό είναι σίγουρα πολύ μικρό, αν αναλογιστεί κανείς ότι η διείσδυση του φυσικού αερίου είναι περίπου 10-15%. Σίγουρα εκτιμούμε ότι των Α/Θ θα είναι μικρότερο. Πάντως οι πωλήσεις σε ευρωπαϊκό επίπεδο παρουσιάζουν αξιοσημείωτη αύξηση. Είναι δύσκολο να γίνει εκτίμηση για τη χρήση Α/Θ αέρα – αέρα στην Ελλάδα, καθώς τα περισσότερα νοικοκυριά που διαθέτουν τέτοια συστήματα δεν τα χρησιμοποιούν αποκλειστικά για θέρμανση. Το χαμηλό κόστος αφορά στο κόστος χρήσης συγκριτικά με άλλα συστήματα/καύσιμα. Το κόστος εγκατάστασης δεν είναι χαμηλό. Χρειάζονται κίνητρα όπως τα προγράμματα Εξοικονομώ ή και άλλα πιο στοχευμένα. Σημαντικό ρόλο θα διαδραματίσει και η εγκατάσταση φωτοβολταϊκών με συσσωρευτές που σε συνδυασμό με τις Α/Θ δημιουργούν προϋποθέσεις ενεργειακής αυτονομίας.

-Ποια είναι η εκτίμηση σου για το μέλλον της θέρμανσης στην Ελλάδα; Τεχνολογικά βλέπεις πιθανές εκπλήξεις μεσοπρόθεσμα; 

Σ.Κ.: Όπως φάνηκε από τις φετινές εξελίξεις, οι εκτιμήσεις είναι επίφοβες, καθώς εκτός από το κόστος καυσίμων υπάρχει σημαντικός αντίκτυπος στο κόστος της θέρμανσης και το κόστος των διάφορων υλικών. Επιπροσθέτως, η παγκόσμια έλλειψη ηλεκτρονικών εξαρτημάτων μπορεί να προκαλέσει επιπλέον επιβάρυνση. Ίσως ο κόσμος στραφεί στα παθητικά συστήματα ώστε να εξαρτάται λιγότερο από τα καύσιμα και την ενέργεια και να αναβάλει προς το παρόν τον εξηλεκτρισμό της θέρμανσης. Στα σύγχρονα κτήρια, οι νέες απαιτήσεις σίγουρα θα οδηγήσουν τους περισσότερους σε συστήματα Α/Θ, σε πολλές περιπτώσεις σε συνδυασμό με ΑΠΕ και ειδικά φωτοβολταϊκά. Στα παλιά κτήρια, όμως, η μετάβαση θα είναι αργή.

-Βλέπεις άλλες πιθανές τεχνολογικές εξελίξεις;

Σ.Κ.: Η χρήση της ηλιακής ενέργειας για την κάλυψη μέρους των αναγκών θέρμανσης, η οποία μπορεί να μην ήταν τόσο ελκυστική στο παρελθόν λόγω κόστους, παρουσιάζει πλέον σημαντικά πλεονεκτήματα, τόσο περιβαλλοντικά όσο και οικονομικά, λαμβάνοντας υπόψη τις έντονες αυξήσεις στις τιμές των καυσίμων και της ηλεκτρικής ενέργειας.

 ====

Ο Σωτήριος Καρέλλας είναι Καθηγητής στον τομέα θερμότητας της Σχολής Μηχανολόγων Μηχανικών του Εθνικού Μετσόβιου Πολυτεχνείου, Διευθυντής του Εργαστηρίου Θερμικών Διεργασιών, Επισκέπτης Καθηγητής στο Technische Universität München και στο  Universität Bayreuth της Γερμανίας. Είναι επίσης εκπρόσωπος της Ελλάδας στην «Programme Committee – Secure Clean and Efficient Energy» του πρoγράμματος-πλαίσιο H2020. Η έρευνά του επικεντρώνεται σε κεντρικά και αποκεντρωμένα ενεργειακά συστήματα, δέσμευση και αποθήκευση ή επαναχρησιμοποίηση CO2, τεχνολογίες υδρογόνου, κτήρια μηδενικής κατανάλωσης, συμ-πολύ-παραγωγή, χρήση Ανανεώσιμων Πηγών Ενέργειας (βιομάζας, ηλιακών-θερμικών, γεωθερμίας κλπ), εφαρμογές οργανικού κύκλου Rankine και αντλιών θερμότητας, αξιοποίηση απορριπτόμενης θερμότητας από τη βιομηχανία, ενεργειακή αξιοποίηση απορριμμάτων και υπολειμμάτων.