Sprawniejsze pompy ciepła, Energia odnawialna, pompa ciepła

   Słońce oraz geotermia są niewyczerpalnymi źródłami ciepła na całe stulecia w porównaniu z ropą, gazem ziemnym oraz węglem. Pompy ciepła udostępniają - przy niewielkim udziale obcej energii napędowej - do 75% ciepła ze środowiska, a wg poniższych innowacji nawet powyżej tej wielkości. W dodatku są one aktywne w ochranianiu przyrody i mają znaczący udział w ograniczaniu emisji CO2 do atmosfery. W okresie szybko rosnących cen nieodnawialnych nośników energii, wielu posiadających kotłownie opalane szczególnie olejem lub gazem ziemnym zamienia je na pompy ciepła. W praktyce pobierają one ciepło najczęściej z ziemi, ale odbywa się to przy użyciu energii elektrycznej, której ceny również rosną. Stąd oczywista konieczność jej minimalizacji i to w dodatku ze względów ekologicznych. Dziś buduje się pompy ciepła w których udział energii elektrycznej nie przewyższa 25% ich globalnego systemu grzewczego.

   Energię elektryczną wytwarza się w naszym kraju głównie z węgla i to przy termicznej sprawności poniżej 40%. Stąd pokaźna emisja CO2 i innych zanieczyszczeń do środowiska, co motywuje oszczędzanie tego nośnika energii. W badaniach nad uefektywnianiem pomp ciepła stwierdzono, że można poprawić ich globalną sprawność - a przy okazji obniżyć pobór energii elektrycznej z sieci - jeśli do poboru ciepła z ziemi zastosuje się ditlenek węgla przy użyciu pionowych sond (zgłębników).

   Pierwszą tego typu przemysłową pompę ciepła zbuduje firma EnBW Baden-Württemberg AG w miejscowości Triberg w Schwarzwaldzie. W miarę rozwoju techniki grzewczej na bazie pomp ciepła, stosowanie sond ciepłowniczych w ziemi bywa najczęstszym źródłem poboru energii z zewnątrz. Często stosuje się tu obecnie wariant z udziałem węży plastikowych, wypełnionych mieszaniną wody ze środkiem przeciwzamarzającym tak, jak chłodzi się silniki samochodowe. System ten nie odpowiada jednak wymogom ekologii, gdyż zdarzają się przecieki tego płynu do ziemi. Alternatywą dla wymienionej techniki poboru ciepła z ziemi okazuje się stosowanie CO2. Tego typu sondy działają bez udziału wody z cieczą przeciwzamarzającą i w dodatku nie wymagają kosztownej oraz energochłonnej pompy obiegowej - a wszystko to przyczynia się do znacznego obniżenia zużycia obcej energii elektrycznej. Istota tej pionowej sondy odpowiada wydłużonemu czajnikowi: „na dole przebiega gotowanie (odparowanie), a na górze kondensacja (skraplanie) opar CO2.”. Ta operacja przebiega pod ciśnieniem 40 barów. W głowicy sondy zachodzi oddzielanie porywanych kropel CO2. Natomiast w kondensatorze ciepło skraplania przejmuje czynnik roboczy, ogrzewający dom i podgrzewacz wody użytkowej (context: 30, 2, 2008). Sonda może być długości 250 metrów. Bywa wykonywana ze stali szlachetnej. Po jej ściance (w układzie pierścienia) spływa skroplony CO2 i nagrzewa się od przejmowanego ciepła z ziemi. Na dole zachodzi pełne odparowanie w temperaturze około 10°C pod ciśnieniem 40 barów i cały cykl zaczyna się od nowa. Rura ze stali szlachetnej jest otoczona pierścieniem ze specjalnej masy mineralnej, zapewniającej efektywny przepływ ciepła z ziemi do metalowej rury. Tą mineralną masę opracowały w kooperacji firmy HeidelbergCement Baustoffe für Geotechnik oraz ThermoCem z miejscowości Ennigerloh. Instalacja pilotowa w Schwärzwalder Granit z sondą o głębokości 250 metrów potwierdziła wysoką, termiczno-energetyczną sprawność tego typu pompy ciepła z zastosowaniem ditlenku węgla dla przejmowania energii z ziemi, co zapewni ekologiczne ogrzewanie domów.