Rozwiązania dolnego źródła dla gruntowej pompy ciepła

Działanie gruntowej pompy ciepła, w przeciwieństwie do powietrznej, nie jest uzależnione od warunków pogodowych. Może wydajnie pracować cały rok, zapewniając komfort cieplny użytkownikom. Decydując się na taki rodzaj ogrzewania pojawia się dylemat, który typ dolnego źródła wybrać. Dostępne są droższe wymienniki pionowe i wymagające sporej powierzchni kolektory poziome.

Gruntowa pompa ciepła to urządzenie grzewcze, które pobiera niezbędne do działania ciepło z zasobów zgromadzonych pod powierzchnią ziemi. Energia wewnętrzna gruntu stanowi duży potencjał energetyczny. Ma on przewagę nad wodą podziemną z racji ogólnodostępności, natomiast jego temperatura jest wyższa niż średnioroczna temperatura powietrza zewnętrznego. Odbiór energii cieplnej gruntu następuje za pomocą kolektorów poziomych i pionowych sond gruntowych. Wymienniki te różnią się między sobą pod względem konstrukcyjnym, a tym co je łączy jest czynnik roboczy o niskiej temperaturze zamarzania (np. wodny roztwór glikolu lub solanka), który przepływa w obu układach.

Wydajność całego systemu grzewczego uzależniona jest w głównej mierze właśnie od dolnego źródła. Z tego względu wybór wymiennika ciepła należy poprzeć racjonalnymi argumentami. Przed podjęciem decyzji koniecznie trzeba zebrać wszelkie istotne informacje o gruncie, w którym nastąpić ma montaż instalacji dolnego źródła. Ważnym czynnikiem decydującym o możliwości wykonania odwiertu jest rodzaj podłoża. Warstwy skaliste mogą całkowicie wykluczyć to rozwiązanie. Rodzaj gruntu ma również wpływ na możliwe uzyski energii z metra bieżącego instalacji. Gęstość strumienia ciepła w gruncie gliniastym wynosi ponad 30 W/m2, a w suchym, piaszczystym – zaledwie 10 W/m2. Kolejnym istotnym parametrem jest wilgotność gleby, oczywiście im większa tym lepiej, gdyż woda jest dobrym przewodnikiem ciepła oraz akumulatorem, co wpływa na wydajność systemu. Najbardziej przystępne warunki zapewniają wilgotne gleby, z których można uzyskać nawet 50 w/m2. Określenie przewodnictwa cieplnego całego ośrodka gruntowego jest również ważne, gdyż na tej podstawie dowiemy się na jakiej głębokości montować układ, omijając jednocześnie graniczną głębokość przemarzania gruntu. Mając wszystkie te informacje można przejść do wyboru optymalnego rozwiązania.

Poziomy kolektor gruntowy może być wykonany w różnych konfiguracjach, jako układy szeregowe, wężownicowe lub spiralne. Tworzą go elastyczne rury o średnicy 32-40 mm, układane w gruncie w jednej lub dwóch płaszczyznach. W celu lepszego uzysku ciepła, najlepiej ułożyć je głęboko pod powierzchnią terenu, poniżej strefy przemarzania gruntu. Zależnie od lokalizacji i rodzaju gruntu instalację lokalizuje się na głębokości 1 do 1,8 metra – około 30 cm poniżej strefy przemarzania. Między rurami należy zachować odstęp 0,8 do 1 m (w zależności od lokalnych warunków) w celu uniknięcia przechłodzenia gruntu.

Powierzchnia całego układu powinna być około 1,2 do 2 razy większa od powierzchni przeznaczonej do ogrzewania. Ceny za wykonanie takiego wymiennika wahają się miedzy 20 a 30 zł za metr bieżący. Jeśli dysponujemy nieco mniejszą powierzchnią, możemy skorzystać z modyfikacji poziomego wymiennika, jaką jest kolektor spiralny. Takie rozwiązanie zajmuje mniej miejsca, dzięki temu można także zredukować koszty prac gruntowych, jednak jego efektywność jest niższa. Istotne jest to, aby nad instalacją poziomych wymienników gruntowych powierzchnia terenu pozostała niezabudowana. Umożliwia to stały i bezpośredni dostęp promieniowania słonecznego, niezbędnego do odbudowy potencjału energetycznego otoczenia wymiennika po jego wychłodzeniu. Ponadto korzenie drzew czy nacisk spowodowany posadowionymi budynkami mogłyby doprowadzić do trwałego uszkodzenia instalacji. Za pomocą rury o długości 100 m można odebrać z gruntu średnio około 3 do 5 kW ciepła w ciągu 1 godziny.

Warunki klimatyczne naszego kraju powodują, że większą stabilność  zapewniają sondy geotermalne. Powinny one być umieszczane na głębokości co najmniej 60 m, która powoduje utrzymanie wydajności systemu na tym samym poziomie niezależnie od warunków pogodowych. Mogą być one wykonane z rur PCV, polietylenowych, polipropylenowych lub polibutylenowych. Istotną  zaletą  wymienników  pionowych  jest  to,  że  z  powodu  wyższych temperatur  głębszych  warstw  gruntu  zimą,  zapewniają  o  tej  porze  roku  większą wydajność cieplną niż kolektory poziome. Ponadto nie jest wymagana duża działka. Taka inwestycja, mimo, że droższa, może być opłacalna na terenach o bardzo niskim poziomie wód gruntowych, gdzie wymiennik poziomy musiałby mieć bardzo dużą powierzchnię. Z 20 metrów odwiertu można uzyskać około 1 kW mocy grzewczej. Należy jednak pamiętać, że rzeczywista moc cieplna uzyskiwana z 1 mb instalacji w większości przypadków odbiega od wartości zakładanej na etapie projektu. W związku z tym po wykonaniu pierwszego otworu należy skorygować projekt w zakresie doboru współczynnika poboru mocy cieplnej. Jeśli podłoże nie jest szczegółowo rozpoznane, można przyjąć, że długość odwiertu jest równa powierzchni ogrzewanego budynku. Cena za wykonanie 1 mb odwiertu wynosi, w zależności od charakteru podłoża, od 80 do 150 zł.

Spośród zalet poziomych kolektorów można wymienić przede wszystkim niską złożoność systemu, przez co nie ma konieczności użycia technologii wiercenia z wykorzystaniem specjalistycznego sprzętu oraz niższe są koszty inwestycji, a także łatwiejszy montaż. Kolektory poziome wymagają jednak większych powierzchni działki niż wymienniki pionowe. Ponadto wydajność cieplna kolektorów poziomych jest niższa niż dla sond gruntowych, co ma wpływ na nieco niższą efektywność pracy pompy ciepła określaną podczas dłuższej eksploatacji urządzenia. Jednak na ostateczny wybór rozwiązania wpływ mają przeprowadzone obserwacje gruntu i przeanalizowanie opłacalności.

Previous Article

Żywe fabryki biopaliwa i prądu

Next Article

Budownictwo zeroenergetyczne

Dodaj komentarz