Energetyczno-ekonomiczna analiza porównawcza pomp ciepła: powietrznej, gruntowej i hybrydowej
DOI:
https://doi.org/10.17512/INSTAL.2026.07.05Słowa kluczowe:
magazynowanie ciepła, ciepło odpadowe, hybrydowe instalacje OZE, ogrzewanie i chłodzenie budynkówAbstrakt
W artykule przedstawiono analizę porównawczą efektywności energetycznej i ekonomicznej hybrydowej pompy ciepła (HSHP) względem dwóch rozwiązań konwencjonalnych: powietrznej pompy ciepła (ASHP) oraz gruntowej pompy ciepła (GSHP). Analizowany układ hybrydowy stanowiła powietrzna pompa ciepła z dualnym parownikiem, współpracująca z akumulatorem ciepła wykorzystującym przemianę fazową woda–lód jako dodatkowe niskotemperaturowe źródło energii. Do ładowania akumulatora wykorzystano ciepło ścieków szarych z budynku jednorodzinnego oraz energię elektryczną pochodzącą z instalacji PV (HSHP-PV), PVT (HSHP-PVT) i mikro siłowni wiatrowej (HSHP-mSW). Analizę przeprowadzono dla budynku jednorodzinnego o projektowym obciążeniu cieplnym 10 kW, uwzględniając potrzeby ogrzewania i chłodzenia. Wyniki badań wykazały, że wariant HSHP-PV może stanowić alternatywę dla gruntowej pompy ciepła zarówno w trybie ogrzewania, jak i chłodzenia budynku. Koszty inwestycyjne tego rozwiązania były o 11% niższe niż w przypadku GSHP. Jednocześnie, mimo że nakłady inwestycyjne dla HSHP-PV były o 49% wyższe niż dla ASHP, po 13 latach eksploatacji wariant ten okazał się również korzystniejszy ekonomicznie. W odniesieniu do pozostałych analizowanych wariantów uzyskane wyniki potwierdziły istotny potencjał energetyczny instalacji hybrydowych, szczególnie w porównaniu z powietrzną pompą ciepła.
Pobrania
Bibliografia
Blázquez, C.S.; Nieto, I.M.; García, J.C.; García, P.C.; Martín, A.F.; González-Aguilera, D. Comparative Analysis of Ground Source and Air Source Heat Pump Systems under Different Conditions and Scenarios. Energies 2023, 16, 1289, https://doi.org/10.3390/en16031289.
Tian You, Wei Wu, Hongxing Yang, Jiankun Liu, Xianting Li, Hybrid photovoltaic/thermal and ground source heat pump: Review and perspective, Renewable and Sustainable Energy Reviews, Volume 151, 2021, 111569, ISSN 1364-0321, https://doi.org/10.1016/j.rser.2021.111569.
Christodoulides, P.; Christou, C.; Florides, G.A. Ground Source Heat Pumps in Buildings Revisited and Prospects. Energies 2024, 17, 3329, https://doi.org/10.3390/en17133329.
Zelazna, A.; Goł˛ebiowska, J.; Kosaryha, D. Multi-Criteria Study on Ground Source Heat Pump with Different Types of Heat Exchangers. Energies 2024, 17, 602, https://doi.org/10.3390/en17030602.
Menegazzo, D.; Lombardo, G.; Bobbo, S.; De Carli, M.; Fedele, L. State of the Art, Perspective and Obstacles of Ground-Source Heat Pump Technology in the European Building Sector: A Review. Energies 2022, 15, 2685, https://doi.org/10.3390/en15072685.
J.L. Wang, Ting Yan, Xin Tang, W.G. Pan, Design and operation of hybrid ground source heat pump systems: A review, Energy, Volume 316, 2025, 134537, ISSN 0360-5442, https://doi.org/10.1016/j.energy.2025.134537.
Qiang Ji, Yizhen Li, Yonggao Yin, Chunwen Che, Gongsheng Huang, Compression-absorption hybrid heat pumps operating wide temperature ranges: A review and perspectives for large temperature lift, Applied Energy, Volume 405, 2026, 127217, ISSN 0306-2619, https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2025.127217.
Mohamed Lebbi, Khaled Touafek, Lyes Boutina, Solar photovoltaic thermal hybrid systems − detailed reviews, Applied Thermal Engineering, Volume 279, Part E, 2025, 127867, ISSN 1359-4311, https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2025.127867.
Fabian Wüllhorst, Sebastian Schwarz, Nico Fuchs, Laura Maier, Antonello Monti, Dirk Müller, Impact of hybrid heat pump shares and building envelope retrofit rates on load penetration in German low-voltage grids, Applied Energy, Volume 388, 2025, 125530, ISSN 0306-2619, https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2025.125530.
Yuchen Ju, Xinyi Hu, Juha Jokisalo, Risto Kosonen, Tianchen Xue, Altti Meriläinen, Antti Kosonen, Cost-optimal dimensioning of hybrid heat pump systems utilizing waste heat from hydrogen production for a kindergarten in cold climate, Energy and Buildings, Volume 332, 2025,15430, https://doi.org/10.1016/j.enbuild.2025.115430.
Veronica Ngunzi, Francis Njoka, Njuki W. Mureithi, Robert Kinyua, Joshua M. Pearce, Advanced modeling and performance analysis of a photovoltaic-thermal double compression heat pump for industrial thermal applications, Renewable Energy, Volume 256, Part F, 2026, 124347, https://doi.org/10.1016/j.renene.2025.124347.
Mustafa Kurses, Andreas V. Olympios, Asmaa A. Harraz, Jingyuan Xu, Comparative analysis of heating and cooling solutions for residential use: Energy, environmental, and economic perspectives, Applied Energy, Volume 399, 2025, 126511, ISSN 0306-2619, https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2025.126511.
J. Xu, Y. Zhao, Z. Quan, G. Wang, J. Wang, Air–water dual-source heat pump system with new composite evaporator, Appl. Therm. Eng. 141 (2018) 483–493, https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2017.11.128.
Y. Nam, R. Ooka, Y. Shiba, Development of dual-source hybrid heat pump system using groundwater and air, Energy Build. 42 (2010) 909-916, https://doi.org/10.1016/j.enbuild.2009.12.013.
R. Sekret, P. Starzec, Developing a Cold Accumulator with a Capsule Bed Containing Water as a Phase-Change Material. Energies 2021, 14, 2703, https://doi.org/10.3390/en14092703.
R. Sekret, P. Starzec, J. Kotowicz, Research on water–ice heat accumulator and analysis of its potential use as hybrid source heat pump for building heating. Energy Build. 300 (2023) 113670, https://doi.org/10.1016/j.enbuild.2023.113670.
Opublikowane
Numer
Dział
Kategorie
Licencja
Prawa autorskie (c) 2026 Robert Sekret (Autor)
Utwór dostępny jest na licencji Creative Commons Uznanie autorstwa 4.0 Międzynarodowe.
Authors retain copyright and grant the journal the right of first publication, with the work simultaneously licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License, which permits others to share the work with appropriate acknowledgment of the authorship and initial publication in this journal.
