Wybierając pompę ciepła jako źródło zasilania instalacji c.o. , oraz c.w.u. należy poszukiwać takich urządzeń, które wykorzystują dolne źródło ciepła o niewielkich wahaniach temperaturowych, co ma niebagatelny wpływ na ich wydajność. Rozwiązaniem takim są gruntowe pompy ciepła, zwane też przez niektórych producentów pompami typu glikol/woda lub solanka/woda.
Grunt spełnia funkcję olbrzymiego zasobnika ciepła, który jest nieustannie zasilany energią promieniowania słonecznego. Temperatura gruntu, nawet przy bardzo silnym mrozie rzadko spada poniżej +5°C, co powoduje że wydajność COP może przekraczać 5, czyli urządzenie pobierając 1kWh energii elektrycznej, dostarcza 5kWh energii cieplnej do budynku.
Zasada działania gruntowych pomp ciepła jest taka sama jak innych typów pomp ciepła, aczkolwiek przypomnijmy to sobie
rys.1 schemat działania pomp ciepła; źródło BUDERUS
Tak więc są cztery etapy:
1. Odparowanie czynnika roboczego w parowniku w wyniku odbioru ciepła z otoczenia.
2. Sprężanie powstałego gazu w sprężarce, podczas tego procesu dochodzi do wzrostu ciśnienia i temperatury czynnika roboczego.
3. Skraplanie które następuje w skraplaczu podczas tego etapu dochodzi do przekazania temperatury do instalacji co. i c.w.u.
4. Rozprężanie czynnika i dławienie go przed podaniem do parownika, które zachodzi w zaworze rozprężnym. Cały czteroetapowy cykl rozpoczyna się od nowa.
Wybierając gruntową pompę ciepła musimy podjąć decyzję co do sposobów pozyskiwania energii z dolnego źródła ciepła. Mamy do wyboru poziome kolektory gruntowe lub pionową sondę gruntowa, które są niczym innym jak odpornymi na ciśnienie rurami różniącymi się od siebie sposobem ułożenia.
Poziome kolektory gruntowe
rys.2 gruntowy wymiennik poziomy; źródło DIMPLEX
Kolektory poziome muszą być ułożone poniżej strefy przemarzania gruntu, która w różnych regionach Polski różni się nieco od siebie. Wytyczne są zawarte w PN-81/B-03020, gdzie rozróżnione są cztery strefy przemarzania gruntu:
I – 0,8m
II – 1,0m
III – 1,2m
IV – 1,4m
mapa1 strefy przemarzania gruntu w Polsce; źródło PN-81/B-03020
Kolektor poziomy może być płaski, lub spiralny i jest wykonany z rur PE, o średnicy ¾, lub 1 cal, rozstaw pomiędzy poszczególnymi nitkami wynosi od 0,5 – 0,9 m ( dokładnie określa producent urządzenia, oraz obliczenia projektowe). Jeżeli chodzi o powierzchnię gruntu jaką inwestor powinien dysponować, aby móc realnie myśleć o instalacji kolektora poziomego, szacunkowo będzie to min. 40m2 na 1kW mocy pompy ciepła, i jest to zdecydowana wada tego rozwiązania. Zaletą będzie koszt wykonania, najniższa cena jaką udało mi się znaleźć kształtuje się na poziomie 25 pln/m2 netto.
Jeżeli chodzi o najbardziej optymalne środowisko w którym może zostać ułożony kolektor poziomy jest wodonośny żwir, wodonośny piasek i mocno wilgotna glina. Najgorszym rozwiązaniem będzie tutaj ułożenie kolektora w suchym piasku.
Ponieważ kolektor poziomy zajmuje dużo miejsca, wskazane jest by miejsce, w którym zostanie zakopany nie było później ani zadrzewione ani zabudowane. Kolektory poziome regenerują się poprzez słońce i deszcz w związku z tym ich średnia całoroczna sprawność (współczynnik COP) jest mniejsza. Dodatkowo w miejscach gdzie znajdują się kolektory poziome opóźniona jest wegetacja roślin, co często skutkuje np. żółknięciem trawy czy krzewów. Jest to spowodowane niższą temperaturą gruntu.
Pionowe kolektory gruntowe.
rys.3 gruntowy wymiennik pionowy; źródło DIMPLEX
W zależności od wymagań określonych przez producenta wykonuje się odwiert na głębokość od 50mb do 200 mb w ziemię, w którym umieszcza się sondę ( średnica 32 lub 40mm) Orientacyjnie dla potrzeb wstępnego planowania inwestycji możemy przyjąć, iż w zależności od warunków glebowych długość kolektora może się wahać w przedziale 16 – 30 metrów na 1 kW nominalnej mocy grzewczej pompy ciepła.
Należy tutaj też zauważyć, że producenci podają całkowitą długość sondy, i jak najbardziej dopuszczalna jest sytuacja kiedy zamiast jednego odwiertu na głębokość np. 80mb, wykonujemy cztery po 20mb każdy.
Warto też rozważyć zwiększenie długości odwiertów o 10% do 30% w stosunku do podawanych wartości minimalnych wielkości kolektora pionowego. Podniesie to wydajność dolnego źródła, co wpływa na uzyskiwaną sprawność pompy ciepła i przekłada się na niższe rachunki za ogrzewanie budynku i przygotowanie ciepłej wody w domu.
Ceny wykonania kolektora pionowego.
Ceny za wykonanie kolektora pionowego są zróżnicowane, najniższa jaką udało mi się znaleźć kształtuje się na poziomie 60 pln/mb netto. Cena zawiera wykonanie odwiertów, umieszczenie kolektorów, wypełnienie odwiertu, oraz próby szczelności. Warto też zapytać o koszt dodatkowych usług, jak np. przyłączenie kolektorów do pompy ciepła znajdującej się wewnątrz budynku.
Wadą kolektora pionowego jest jego cena. Pomimo tego, że kolektor pionowy charakteryzuje się dobrą wydajnością w czasie sezonu grzewczego, to część inwestorów po zapoznaniu się z ceną wykonania kolektora decyduje się na tańszy kolektor poziomy.
Zaletą jest niewielka ilość miejsca jaką potrzebuje, jedyne miejsce, które jest użyte przez kolektor to miejsce zajmowane przez rurki do transportu płynu pomiędzy wywierconymi sondami. Cała reszta kolektora znajduje się w odwiertach. Dlatego kolektory pionowe są wykorzystywane przez inwestorów budujących duże obiekty, lub przez tych co mają niewiele miejsca na działce. Kolejną zaletą tego typu kolektorów z punktu widzenia efektywności urządzenia jest fakt, iż temperatura kilkadziesiąt metrów pod ziemią jest wyższa niż ta z którą mamy do czynienia w przypadku montażu kolektorów poziomych, a to przekłada się na wartość współczynnika COP.
