Pompa ciepła #1 – dolne źródło ciepła

Pompa ciepła, będąca połączeniem oszczędności na kosztach ogrzewania, wygody użytkowania i odpowiedzialności za środowisko naturalne, to prawdopodobnie najlepszy wybór źródła ogrzewania i chłodzenia w domu. Energia wykorzystywana w pompach w 80% pochodzi z odnawialnych źródeł, które dostępne są za darmo i bez przeszkód.

W pierwszej części naszego cyklu o pompach ciepła poruszamy kwestię wyboru dolnego źródła ciepła, jego wpływ na funkcjonowanie instalacji oraz zalety i wady z tym związane.

Dodatkowo zapraszamy do zapoznania się z wcześniejszym artykułem opisującym zasady działania nowych technologii (w tym również pomp ciepła) stosowanych w ogrzewaniu domu i przygotowywaniu ciepłej wody użytkowej :

 https://dompp.pl/ogrzewanie-podgrzewanie-cwu-technologie/

Wybór dolnego źródła ciepła

Decydując się na montaż pompy ciepła do wyboru mamy kilka możliwości rozwiązania dolnego źródła ciepła, pozwalających na efektywne wykorzystanie ich energii cieplnej.

Ciepło z gruntu – kolektor poziomy
1. Pompa ciepła 2. Pojemnościowy podgrzewacz wody 3. Zasobnik buforowy wody grzewczej źr. Viessmann

Pierwszym i jednym z najczęściej stosowanych rozwiązań dolnego źródła ciepła jest wymiennik gruntowy poziomy, umiejscowiony co najmniej 20cm poniżej poziomu przemarzania gruntu, składający się z kilkudziesięciu do kilkuset metrów rur wypełnionych „solanką” (od typowej solanki – roztworu wody z solą już się odchodzi, jednak pojęcie solanki pozostało i zazwyczaj określa się nim krążący w instalacji roztwór glikolu).

Jest to, obok powietrza (o którym za chwilę), najtańszy sposób na rozwiązanie dolnego źródła ciepła. Najczęściej wykorzystuje się rury polietylenowe 32-40mm, które dzięki dużej średnicy minimalizują tarcie płynu o ścianki, co pozwala na zmniejszenie zużycia energii przez pompę obiegową. Również umożliwia to duży przepływ solanki przy niskiej prędkości (dzięki czemu ma czas na pobranie większej ilości ciepła z gruntu).

Spotykane są również rozwiązania rurowe o małych średnicach, co znacząco wpływa na zwiększenie ilości ciepła pobranego z gruntu, jednak wymaga zwiększonej wydajności pompy obiegowej, co powoduje zwiększone zużycie energii elektrycznej. Koszt materiałów instalacji kolektora gruntowego mieści się w zakresie kilkuset do kilku tysięcy złotych, w zależności od zastosowanych materiałów, długości i średnicy rur oraz zastosowanej pompy obiegowej.

główne zalety :

  • łatwa instalacja i ewentualna naprawa
  • niskie koszty inwestycji
  • dobra wydajność instalacji

główne wady :

  • duża powierzchnia zajmowanego terenu
  • skrócony czas wegetacji roślin nad kolektorami
  • ograniczenia na działce przy sadzeniu drzew
  • nad kolektorami nie powinno się przykrywać powierzchni ziemi (asfalt, kostka brukowa)
  • duże opory hydrauliczne – dodatkowe opłaty za energię elektryczną
Ciepło z gruntu – pionowe odwierty
1. Pompa ciepła 2. Pojemnościowy podgrzewacz wody 3. Zasobnik buforowy wody grzewczej źr. Viessmann

Pionowe odwierty zalecane są zarówno dla wymagających Inwestorów, jak i tych, u których zastosowanie innych rozwiązań dolnego źródła ciepła jest niemożliwe lub nieuzasadnione.

Sondy głębinowe (inna nazwa odwiertów) to pionowe odwierty na kilkadziesiąt do nawet dwustu metrów w głąb ziemi, w których umieszczane są rury wymienników ciepła. Temperatura gruntu na głębokości poniżej 10m wynosi co najmniej 5-10 st. C przez cały rok, co umożliwia korzystanie z jego energii cieplnej nieprzerwanie bez obaw o spadającą temperaturę powietrza w okresie zimowym.

Przy planowaniu wykorzystania sond głębinowych konieczne jest wykonanie odwiertów próbnych, które dają możliwość zebrania parametrów gruntu i wód gruntowych, ponieważ mają one znaczący wpływ na wydajność sond i zdolność regeneracji potencjału energetycznego.

Potencjał energetyczny gruntu i zdolność jego regeneracji jest ważnym czynnikiem przy zastosowaniu odwiertów pionowych. Przykładowo, suche grunty piaszczyste mają niekorzystne parametry odbudowy potencjału – grunt suchy, położony kilkadziesiąt metrów pod ziemią, nie ma zbyt wielu sposobności do ponownego nagrzania się. Grunt mokry, a najlepiej taki, w którym występuje przepływ wody gruntowej, jest najlepszym gruntem do zastosowania sondy głębinowej. Dzięki przepływającej wodzie łatwo odbuduje energię cieplną, która została pochłonięta przez pompę ciepła.

Głębokość odwiertów finalnych zależy od wielu czynników – składu gruntu, ilości energii potrzebnej do uzyskania z niego, możliwości technicznych oraz ekonomicznych i może sięgać nawet 200m. Należy jednak pamiętać, że temperatura gruntu rośnie wraz z głębokością, w związku z czym korzystniejsze jest projektowanie mniejszej ilości odwiertów głębokich od liczniejszych odwiertów płytkich. Również trzeba wziąć pod uwagę „podkradanie sobie” energii cieplnej przez sąsiadujące ze sobą odwierty, przez co nie należy ich umiejscawiać za blisko siebie. Minimalna odległość powinna wynosić od 6 do nawet 20m pomiędzy odwiertami.

główne zalety :

  • dużo większa wydajność w porównaniu z kolektorami poziomymi
  • stała temperatura dolnego źródła ciepła – niezależność od warunków atmosferycznych
  • zajmują niewielką powierzchnię działki
  • mała dewastacja terenu
  • niskie opory hydrauliczne w instalacji – małe zużycie prądu pompy obiegowej

główne wady

  • cena
  • konieczność wykonywania odwiertów próbnych – bez nich niemożliwe jest prawidłowe przewidzenie warunków gruntowych i zaprojektowanie instalacji
Ciepło z powietrza
1. Pompa ciepła 2. Pojemnościowy podgrzewacz wody 3. Zasobnik buforowy wody grzewczej źr. Viessmann

Drugim najczęściej stosowanym rozwiązaniem przy pompach ciepła jest korzystanie z powietrznych pomp ciepła, w których rolę dolnego źródła ciepła pełni powietrze atmosferyczne. Rozwiązanie proste i szybkie w montażu, łatwe w projektowaniu i atrakcyjne cenowo.

W przypadku pomp powietrznych narodziło się przez wiele kontrowersji i mitów – od wysokiej ceny montażu i użytkowania, przez awaryjność, po bezużyteczność przy niskich temperaturach, więc wyjaśnijmy kilka z nich:

  • wysoka cena montażu – powietrzna pompa ciepła jest jednym z najtańszych systemów do ogrzewania domu jednorodzinnego i deklasuje pod tym względem kotłownie gazowe i olejowe. Nie wymaga żadnych zbiorników na paliwa i dużej powierzchni pomieszczenia kotłowni. Całe urządzenie pompy ciepła wyglądem przypomina kotły gazowe lub lodówki, a dzięki dużemu naciskowi kładzionemu przez producentów na estetykę nie ma potrzeby chować go „po kątach”;
  • awaryjność powietrznych pomp ciepła – na wielu forach internetowych o tematyce budowlanej i grzewczej istnieje przekonanie, że powietrzne pompy ciepła są niesamowicie awaryjnymi urządzeniami. Wynika to przede wszystkim z niewłaściwego doboru urządzeń do potrzeb grzewczych oraz nadmiernej oszczędności przy wyborze materiałów. Powietrzne pompy ciepła są jednymi z najmniej awaryjnych typów pomp ze względu na łatwość montażu i dobrą dostępność wszystkich elementów umożliwiającą pełny przegląd techniczny instalacji;
  • duży hałas podczas pracy urządzenia – zdarzało się, w szczególności w starszych modelach urządzeń i w przypadkach umiejscowienia centrali wentylacyjnej wewnątrz domu, w nowszych systemach można ją wyciągnąć na zewnątrz i umiejscowić od strony, od której nikomu nie będzie przeszkadzać;
  • bezużyteczność przy niskich temperaturach – bezużyteczność – nie, spadek sprawności – owszem. Sprawność pompy powietrznej uzależniona jest od temperatury zewnętrznej – to fakt, jednak jak podaje np. producent pomp ciepła Viessmann do temperatury – 15 st. C urządzenia są w stanie zapewnić równie wysoką wydajność jak w przypadku temperatur wyższych. Gdy mamy do czynienia z utrzymującymi się niższymi temperaturami może się okazać, że ogrzewanie powietrzną pompą powietrza jest niewystarczające, jednak jak zapewniają przedstawiciele ww. firmy dzięki wbudowanym grzałkom elektrycznym braki są nadrabiane kosztem zwiększonego poboru prądu. Warto tutaj również wspomnieć urządzenia hybrydowe – połączenie powietrznych pomp ciepła i kotłów zasilanych gazem – w przypadku zwiększonego zapotrzebowania na energię cieplną braki nadrabiane są przez kocioł gazowy.

do poczytania : http://www.viessmann.pl/pl/budynki-mieszkalne/urzadzenia-hybrydowe/gazowe-urzadzenia-hybrydowe/vitocaldens-222-f.html

 

główne zalety :

  • łatwe w konserwacji
  • niskie koszty zakupu
  • brak ograniczeń montażu jak w przypadku pompy gruntowej

główne wady :

  • spadek wydajności przy niskich temperaturach
  • wzrost zużycia prądu przy niskich temperaturach
  • emisja hałasu (choć jak wspomnieliśmy – urządzenia tańsze i starsze)
Ciepło z wody gruntowej
1. Pompa ciepła 2. Pojemnościowy podgrzewacz wody 3. Zasobnik buforowy wody grzewczej źr. Viessmann

Wodne pompy ciepła korzystają z warstw wodonośnych w gruncie, będących dolnym źródłem ciepła w zimie, ale i górnym (czyli absorberem ciepła) w lecie. Dzięki w miarę wysokiej, ok. 10 st. C, temperaturze, osiągają dużą sprawność przy niskim zużyciu energii pobierając wodę ze studni czerpalnej i oddając w studni/studniach zrzutowych.

Wodna pompa ciepła jest rozwiązaniem atrakcyjnym, jednak wymaga bardzo dobrego projektanta i szczegółowych analiz. Woda gruntowa nie jest zasobem ciepła tak niezależnym jak grunty będące źródłem ciepła w przypadku kolektorów poziomych i w jej przypadku bardzo łatwo o błędy projektowe i wykonawcze :

  • kierunek spływu wód podziemnych – należy pamiętać, aby woda, z której energia cieplna została pochłonięta nie wróciła z powrotem do układu przez studnię czerpalną
  • wyschnięcie studni – może do tego dojść z powodu zmian na okolicznych działkach – budowy dróg, dużych budynków, uruchomienie piaskowni itd.
  • zakłócenie lub zmiana warunków gruntowo – wodnych – przez pojawienie się niektórych związków chemicznych w wodzie może dojść do zazielenienia wymienników ciepła i konieczne będzie dodatkowe serwisowanie studni. Niestety są to zmiany trudne do przewidzenia, przez co montaż wodnej pompy ciepła wiąże się z pewnym ryzykiem

W kwestii wykonawstwa warto dorzucić do zestawu pompy aparaturę kontrolno – pomiarową, która monitorować będzie temperaturę wody w ujęciu i w przypadku jej spadku wyłączy pompę, żeby nie dochodziło do zamarzania wody w instalacji. Dobrze jest również pamiętać, że jeżeli już decydujemy się na pompę ciepła korzystającą z zasobów wody gruntowej, niezłym pomysłem jest wykonanie trzeciej studni, działającej jako druga studnia zrzutowa. W trybie normalnej pracy odciąża ona główną studnię zrzutową, co zapobiega jej zamuleniu, a w przypadku prac serwisowych bądź awarii studni czerpalnej instalację przełącza się właśnie na nią.

główne zalety :

  • stała temperatura dolnego źródła ciepła
  • niezależność od warunków pogodowych
  • wyższa efektywność w porównaniu z kolektorami poziomymi
  • bezobsługowa praca

główne wady :

  • wysokie wymagania stawiane jakości wody
  • w przypadku niskiej jakości wody – duże koszty dodatkowe (filtry, aparatura kontrolna)
  • pompa czerpalna narażona na zarastanie
  • niepewność wydajności systemu w przyszłości
Ciepło z lodu
1. Pompa ciepła 2. Zasobnik lodu 3. Kolektor powietrzno-słoneczny źr. Viessmann

Pompy ciepła korzystające z bloku lodu to nowość na polskim rynku. Jak to działa? Wszystko zaczyna się od zbiornika z wodą zakopanego na terenie działki, kilka metrów pod ziemią (warunki w nim panujące mają być niezależne od warunków atmosferycznych).

Woda/lód w zbiorniku, będąca dolnym źródłem ciepła, na potrzeby ogrzewania domu jest wychładzana, aż osiągnie temperaturę 0 st. C, w której zaczyna zamarzać i oddawać przy okazji mnóstwo energii cieplnej do układu (ochłodzenie 1kg wody o 1st. C daje 1,163 Wh energii cieplnej, zamarznięcie 1kg wody pozwala uzyskać 93Wh energii, czyli tyle, ile ochłodzenie wody z 80st. C do 0 st. C). W miesiącach ciepłych natomiast blok lodu, który pozostał w zbiorniku po zimie, idealnie nadaje się do chłodzenia domu.

Ważnym elementem instalacji przy korzystaniu z lodu jest kolektor powietrzno – słoneczny. Ma on prostszą budowę od standardowego kolektora słonecznego używanego do podgrzewania ciepłej wody użytkowej. Pozyskuje ciepło z powietrza i promieniowania atmosferycznego. Następnie używane jest do potrzeb ogrzewania w pompie ciepła lub magazynowane w zasobniku lodu.

Warto również przy okazji tego rozwiązania zwrócić uwagę na dwie pory w roku – początek i koniec okresu grzewczego, będące również początkiem i końcem okresu chłodzenia domu. W przypadku końca okresu grzewczego dobrym rozwiązaniem jest wyłączenie obiegu regenerującego energię cieplną w lodzie (kolektorów). Dochodzi dzięki temu do całkowitego zamarznięcia zbiornika i pozwala na zwiększenie sprawności instalacji przy chłodzeniu. Natomiast w przypadku zbliżającego się okresu grzewczego dobrze jest przełączyć pompę ciepła na chłodzenie aktywne domu, polegające nie na dostarczaniu chłodu z zasobnika lodu, a wychładzaniu pomieszczeń przez pompę ciepłą i przekazywaniu energii cieplnej do zasobnika. Zostanie ona po rozpoczęciu okresu grzewczego wykorzystana do ogrzewania.

główne zalety :

  • wysoka wydajność, porównywalna z pompami ciepła korzystającymi z kolektorów pionowych
  • mała ingerencja w środowisko naturalne
  • brak ograniczeń działalności i wegetacji na działce
  • bardzo dobry system przy chłodzeniu domu

główne wady :

  • cena – porównywalna z wykonywaniem odwiertów pionowych
  • nowe rozwiązanie – ze względu na możliwe błędy projektowe i wykonawcze spowodowane nieznajomością technologii przyporządkowujemy do wad

Czytaj dalej -> https://dompp.pl/pompa-ciepla-gorne-zrodlo-ciepla/

Pytania, wątpliwości sugestie?

Zapraszamy do komentowania bądź kontaktu : https://dompp.pl/kontakt 🙂

Oznaczone ciepła woda użytkowa, dolne źródło ciepła, dom, dompp, ogrzewanie domu, pompa ciepła, przygotowanie cwu

Dodaj komentarz