Jak działa pompa ciepła? (cz. 2)

W poprzednim artykule przybliżyliśmy ogólną zasadę, która warunkuje działanie pomp ciepła. W drugiej części opiszemy nieco szerzej kolejne zagadnienie dotyczące gruntowych pomp ciepła i niemniej ważnych w tym rozwiązaniu wymienników i źródeł ciepła.

Pompy ciepła pobierające ciepło z gruntu charakteryzują się pewniejszą, bardziej stabilną pracą i to bez względu na warunki panujące na zewnątrz. Niezależnie od pory roku na głębokości około 2 m temperatura gruntu utrzymuje się na poziomie od ok. 7 °C do 13 °C. W jaki sposób wykorzystuje się zmagazynowane w gruncie ciepło?

Realizację tego procesu zapewnia wykorzystanie wymienników gruntowych. Zazwyczaj wymiennik ciepła to rura wykonana z tworzywa sztucznego, którą umieszcza się w gruncie poziomo lub pionowo. Wewnątrz układu znajduje się ekologiczny czynnik roboczy, który nie ulega zamarzaniu.

Źródło ciepło w instalacji gruntowych pomp ciepła

Zasadniczy podział wymienników ciepła jest prosty. Rury układane poziomo to kolektory gruntowe, a wpuszczane w ziemię pionowo to sondy gruntowe.

Kolektory gruntowe są rurami z tworzywa sztucznego układane w charakterystyczne pętle. Zakupywane są dosyć płytko, na głębokości ok. 20 cm poniżej strefy zamarzania gruntu (od 1 m do 2 m). Kolektory układane są w ok. 100-metrowe pętle, te następnie połączone są w kolektorze zasilającym i powrotnym.

Dużym zaniedbaniem w przypadku kolektorów gruntowych jest niezachowanie odpowiedniej wielkości odstępów, wolnych przestrzeni między poszczególnymi pętlami. Należy pamiętać, że grunt znajdujący się wokół rur jest w porze chłodnej nieustannie eksploatowany. Utrzymujące się temperatury ujemne mogą doprowadzić do wychładzania się gruntu i w konsekwencji prowadzi do jego przemarznięcia. Okres letni i wysokie temperatury sprzyjają regeneracji gruntu. Bowiem to promieniowanie słoneczne, wody roztopowe i opady deszczu głównie dostarczają do gruntu ciepło.

Ważnym czynnikiem, który determinuje rozwiązania projektowe, jest sama jakość i rodzaj gruntu w miejscu inwestycji. Zasada w najbardziej podstawowym znaczeniu sprowadza się do reguły, że im bardziej suche podłoże, tym mniej wydajne. Słabej klasy grunt wymaga zastosowania większego wymiennika, co wpływa jednakowo na koszt inwestycji, ale też na komfort użytkowania własnej działki. Należy pamiętać, że powierzchnia znajdująca się bezpośrednio nad kolektorem nie może być całkowicie zagospodarowana. Przede wszystkim nie można jej zabudować, wylać betonem lub położyć kostkę. Poza tym, dla bezpieczeństwa instalacji, w bezpośredniej bliskości nie może być roślin z rozległym układem korzeniowym, ponieważ te mogą doprowadzić do mechanicznych uszkodzeń w przyszłości.

Wymiennik pionowy — sonda gruntowa

Alternatywną metodą pozyskania ciepła gruntu jest instalacja sond gruntowych.

Sondy umieszcza się pionowo na znaczną głębokość ok. 100 m w głąb ziemi. Aby sondy umieścić niezbędne, jest zaplanowanie prac geologicznych w celu wykonania odwiertów. W tym wypadku inwestor musi złożyć dodatkowe wnioski w Urzędzie Gminy, aby na podstawie projektu geologicznego uzyskać zgodę i rozpocząć prace ziemne.

W wywiercone otwory wprowadza się sondę (rurę tak jak w przypadku kolektorów — z tworzywa sztucznego). Sonda nie wypełnia w pełni odwiertu, pozostałą przestrzeń uzupełnia się substancją wypełniającą.

Przy planowaniu instalacji wymiennika pionowego konieczna jest znajomość (bardzo dokładna) wszystkich właściwości gruntu. Obecność wód gruntowych, kolejność warstw geologicznych czy kierunek cieków wodnych, wszystko ma znaczenie. Bardzo często wykonuje się odwierty próbne, które pozwalają określić wszystkie powyższe informacje, ale dają też obraz spodziewanej wydajności poboru ciepła.

Powyższe dwa należą do najpopularniejszych rozwiązań. Decyzja o tym, jaki rodzaj wymiennika zależy od czynników. Podjęcie decyzji to złożony proces, którą wykonawca podejmuje na podstawie zdobytej wiedzy i doświadczenia.

Wiele budynków ze względu na swoją konstrukcję lub przeznaczenie, albo też ze względu na specyficzne warunki geologiczne wymaga umieszczenia np. sond współosiowych lub palii energetycznych.

Dlaczego warto płacić więcej?

Mimo szczerych chęci opisanie zasad pracy pomp ciepła to nic ponad jakiś słaby zarys tego skomplikowanego procesu. Ten ułamek wiedzy nie wystarczy, aby podjąć próbę w praktyce. Każdy dom, każda działka, każdy region jest inny. Nie ma dwóch identycznych projektów i nie ma również jednego, idealnego rozwiązania, które mogłoby służyć wykonawcy jako szablon — kopiuj, wklej. Dostosowanie instalacji do warunków, tak aby inwestycja była najekonomiczniejsza, najefektywniejsza i neutralna dla środowiska to wynik wyliczeń, pracy umysłowej i doświadczenia. Każdy może zrobić nam coś taniej, jednak w naszych czasach każdy może nazwać się specjalistą i nic poza słowem z tego nie wynika. Zachęcamy Państwa do sprawdzania swoich wykonawców zatrudnianych podczas budowy lub remontów. Praca instalatora to nie tylko praca mięśni. A konsekwencje nieprzemyślanych decyzji tzw. majstra ponoszą niestety klienci.

Jako ciekawostkę dołączamy poniższy model*.