Pompa ciepła grunt-woda
Pompy ciepła grunt - woda są konstruowane z wykorzystaniem gruntowego wymiennika ciepła poziomego lub pionowego.
Gruntowy wymiennik poziomy - kolektor poziomy Kolektor poziomy jest budowany z rur polietylenowych PE odpornych na nacisk o średnicy jednego cala. Rury są układane w wykopanych rowach na głębokości 1,6-1,8 m (jest to uzależnione od strefy przemarzania gruntu). W rurach krąży solanka – płyn o niskiej temperaturze wrzenia. Przy założeniu, że do ogrzania domu potrzeba około 50 W/m2, kolektor płaski powinien zajmować powierzchnię 1,5 do 5 razy większą niż powierzchnia domu. Zatem do tego rozwiązania niezbędna jest duża powierzchnia działki (np. ok. 600 m2 dla domu o powierzchni ogrzewanych pomieszczeń ok. 150 m2, jeśli grunt jest suchy i piaszczysty). Rury kolektora są wypełnione roztworem wodnym glikolu. Dawniej stosowano roztwór wodny soli (solankę). Nazwa solanka zwyczajowo jest dalej używana, choć może odnosić się do glikolu.
Podział rury kolektora przykładowej długości 500 m na pięć równoległych pętli długości 100 m ma na celu zmniejszenie oporów przepływu, aby pompa obiegowa wymuszająca przepływ glikolu/solanki nie musiała osiągać dużych mocy, zmniejszając tym samym efektywną sprawność systemu ogrzewania. Przy odstępach między rurami rzędu 0,5 ÷ 0,8 m z jednego m˛ gruntu z kolektorem otrzymuje się moc 10 ÷ 40 W, w zależności od rodzaju gleby. Gliniasty i wilgotny grunt oddaje więcej ciepła (30 ÷ 40 W), niż piaszczysty, suchy (10 ÷ 20 W).
Odmianą poziomego wymiennika ciepła jest kolektor spiralny. Układa się je na takiej samej zasadzie jak wymiennik poziomy, z tym, że rura ma kształt spirali. Do ich zainstalowania potrzeba mniej miejsca niż na wymiennik poziomy, a prace montażowe są mniej kłopotliwe niż przy wymienniku poziomym. Rury tego wymiennika układane są spiralnie w wykopach o szerokości min. 80cm.odległość pomiędzy rowami nie może być mniejsza niż 3m.. Zaletą kolektora spiralnego jest to, że wykopanie kilku rowów o szerokości do 0,8-1m i długości do 20 m jest łatwiejsze niż zdjęcie niemal dwumetrowej warstwy gruntu z dużej powierzchni działki.
Ciepło odbierane przez glikol z gruntu pochodzi głównie z promieni słonecznych. Nie ma więc sensu zakopywanie kolektora na głębokościach większych niż 1,8 m, gdzie słabo dochodzi ciepło słoneczne.
Dlatego bardzo ważna jest możliwość pełnej regeneracji cieplnej gruntu w lecie, przed następnym sezonem grzewczym. Nie wolno też utrudniać penetracji energii słonecznej przez np. zabetonowanie powierzchni gruntu nad kolektorem. Teren nad zakopanym kolektorem można zagospodarować – na przykład posadzić na nim rośliny albo zrobić plac zabaw dla dziecka. Nie można jednak stawiać nad kolektorem budynków, nawet tak niewielkich jak garaż czy szopa na narzędzia ogrodowe.
Warto pamiętać, że energia słoneczna przenika do gruntu głównie z wodą deszczową.
Brak możliwości pełnej regeneracji cieplnej gruntu przez lato to ryzyko obniżenia temperatury glikolu w zimie poniżej granicznej wartości dla danej pompy, co spowoduje wyłączenie się pompy. Dlatego lepiej przewymiarować kolektor poziomy, czyli zaprojektować go z pewnym zapasem mocy.
Zalety kolektora poziomego:
-mała zależność pogodowa
-prostota wykonania
-brak konieczności stosowania specjalistycznego sprzętu
Wady kolektora poziomego:
-duży obszar zajmowanego terenu
-skrócony czas wegetacji roślin na terenie nad kolektorem
-duże opory hydrauliczne, większe koszty pompowania glikolu
Gruntowy wymiennik pionowy - kolektor pionowy. Gdy dysponujemy jedynie niewielkim lub zadrzewionym terenem, lepiej zastosować wymiennik pionowy. W wykonany w gruncie pionowy otwór o małej średnicy (studnię) wpuszcza się rurę kolektora. Do otrzymania 1 kW energii potrzebna jest studnia głębokości 12 do 25 m. Najczęściej do odwiertów głębokości 30 ÷ 150 m (uwaga – konieczne jest zezwolenie) wkłada się sondy pionowe, czyli rury zgięte w kształcie litery U, w których krąży glikol. Ilość i długość sond głębinowych zależy od warunków geologicznych.
Kolektor pionowy, w porównaniu z kolektorem płaskim, ma same zalety:zajmuje niewielką powierzchnię działki, glikol ma stabilną temperaturę w ciągu całego roku (3 ÷ 7°C).
Jest tylko jedna wada – wysoka cena.
Zalety kolektora pionowego:
-brak zależności pogodowej
-wysoka efektywność
-mała dewastacja terenu
-niskie opory hydrauliczne, niskie koszty pompowania glikolu
Wady kolektora pionowego:
-potrzeba stosowania specjalistycznego sprzętu
-potrzeba zezwoleń wodno-prawnych dla kolektorów powyżej 30 m głębokości
Wodna pompa ciepła
Wodna pompy ciepła odbierają energię z wód głębinowych. W układzie dwóch lub więcej studni krąży woda. Zasysana jest w studni czerpalnej za pomocą pompy głębinowej, następnie doprowadzana jest do pompy ciepła, a stamtąd odprowadzana przez studnię zrzutową do wód gruntowych. Studnia czerpalna jest przeważnie jedna, ale studni zrzutowych może być kilka.
Głębokość studni w typowych warunkach geologicznych wynosi 6 – 30 m, a w praktyce nie przekracza 15 m. Spowodowane jest to zbyt wysokim kosztem podnoszenia wody z głębokości większej niż 15 m. Należy pamiętać o tym, że na wykonanie studni głębszej niż 30 m potrzebne jest zezwolenie wodno – prawne.
Aby nie dopuścić do zmieszania się wody chłodnej z wodą czerpalną, odległość między studnią czerpalną i studnią zrzutową powinno wynosić minimum 15m.
System woda – woda jest najtańszym rozwiązaniem, jednak nie zawsze warunki geologiczne są korzystne dla tego systemu.
Zalety:
- niskie opory hydrauliczne, a więc niskie koszty pompowania glikolu
- niskie koszty dolnego źródła przy istniejących zasobach wodnych
- niska zależność pogodowa
- mała dewastacja terenu
- wszystkim wyższy niż w układzie z gruntową pompą ciepła współczynnik efektywności. Jego wartość przekracza 4, gdyż temperatura wody głębinowej jest zawsze wyższa niż gruntu na głębokości 1 m i nie spada poniżej 5-8°C.
Wady:
- wysokie wymagania co do jakości wody (żelazo, mangan, twardość wody)
- wysokie koszty wykonania studni
- ograniczony czas eksploatacji studni czerpalnej i zrzutowej (15-20 lat)
- konieczne jest przeprowadzenie badań wydajności studni czerpalnej oraz jakości wody gruntowej
- gdy głębokość studni przekracza ustalone wartości - 30 m, trzeba też uzyskać pozwolenie wodno-prawne
- jeśli woda głębinowa jest agresywna chemicznie (co ustalane jest na podstawie analizy chemicznej), może być potrzebny odpowiedni układ filtrów. A to zdecydowanie podnosi koszty inwestycji
Pompa powietrze-woda
Pompy ciepła typu powietrze – woda są konstruowane z wykorzystaniem powietrza atmosferycznego. Takie rozwiązanie techniczne przynosi najlepsze efekty, gdy wykorzystuje się je do podgrzania lub chłodzenie powietrza wentylacyjnego. W tym układzie należy się liczyć z koniecznością zastosowania dodatkowego źródła ciepła, ponieważ pompa ciepła typu powietrze – woda pracuje efektywnie do temperatury zewnętrznej -5ºC.
Zalety:
- szybka instalacja
- niskie koszty w porównaniu z innymi pompami
- ogólna i niemal nieograniczona dostępność dolnego źródła
Wady:
- wysoka zależność pogodowa
(KM)
