Gruntowa pompa ciepła – dolne źródło

Gruntowe pompy ciepła to najbardziej ekonomiczny rodzaj pomp ciepła. Wykorzystują energię zakumulowaną w gruncie, która jest najmniej podatna na warunki pogodowe. Do wyboru mamy wariant z kolektorami poziomymi lub pionowymi.

1. Gruntowe pompy ciepła
2. Rodzaj gleby a dobór wymiennika gruntowego
3. Wymagania formalne
4. Podsumowanie

Gruntowe pompy ciepła

Gruntowe pompy ciepła (zwane również geotermalnymi pompami ciepła) dzięki dużo większej efektywności (COP) od pomp powietrznych umożliwiają niższe koszty ogrzewania, wiąże się to jednak z wyższymi kosztami inwestycyjnymi.

Gruntowe pompy ciepła wymagają wykonania dolnego źródła w postaci wymiennika ciepła np. w postaci studni czerpalnej w przypadku pompy woda / woda lub wymiennika ciepła dla gruntowej pompy ciepła.

Przewody kolektora wypełnia się glikolem (płynem służącym do transportu ciepła). Glikol krąży w rurach i ogrzewa się odbierając ciepło z ziemi, po czym trafia do wymiennika ciepła w pompie ciepła.

Gruntowe pompy ciepła składają się z trzech obiegów:

• obieg dolnego źródła ciepła, czyli obieg solankowy,
• obieg chłodniczy, zabudowany w samej pompie ciepła, oraz
• górne źródło, czyli instalacja grzewcza.

Do wyboru mamy dwa rodzaje wymienników ciepła: wymiennik poziomy lub pionowy. Wybór uzależniony jest od dostępności miejsca na działce oraz od tego co chcemy osiągnąć i od kosztów które jesteśmy skłonni ponieść.

Kolektor gruntowy – Wymiennik poziomy

Wymiennik poziomy jest stosowany przede wszystkim w sytuacji, gdy działka jest dostatecznie duża. Zakumulowana w gruncie energia pochodzi od promieniowania słonecznego oraz opadów atmosferycznych.

Wymiennik poziomy zakopujemy na stosunkowo niewielkiej głębokości, poniżej strefy przemarzania i w zależności od regionu Polski głębokość może wynosić ok. 1,5 – 2 m. Dodatkowo, powierzchnia nad wymiennikiem nie może być później zabetonowana, nie można na niej sadzić drzew (korzenie mogą uszkodzić wymiennik). Należy również unikać obciążania powierzchni nad wymiennikiem, czyli np. jazdy ciężkimi pojazdami, których obciążenie mogłoby spowodować uszkodzenie wymiennika.

Z kolektora gruntowego najintensywniej pobierane jest ciepło w okresie zimowym, natomiast regeneruje się on przede wszystkim wiosną i latem, kiedy jest cieplej. Regeneracja gruntu odbywa się dzięki promieniowaniu słonecznemu oraz opadom atmosferycznym. W ten sposób grunt ponownie zakumuluje ciepło na następny sezon grzewczy. Właściwości akumulacyjne i przewodność cieplna są tym większe im bardziej grunt jest nasycony wodą, im więcej występuje w nim składników mineralnych i im mniejsza jest jego porowatość. A zatem, im bardziej grunt jest nasycony wodą tym lepiej, ponieważ wówczas można z niego pobrać więcej ciepła (łatwiejsze przekazywanie ciepła).

Za sprawą stosunkowo wysokich temperatur kolektory poziome bardzo dobrze sprawdzają się w okresach letnich. Łatwiej wówczas przygotować np. ciepłą wodę użytkową. Wadą kolektorów jest duża zmienność temperatury wynikająca z małej głębokości na jakiej się znajdują.

Temperatura wymiennika jest mocno uzależniona od rodzaju gruntu oraz od jego zdolności do regeneracji. Może to być grunt zwięzły, wilgotny, suchy czy luźny.

Kolektor gruntowy – Wymiennik pionowy

Wymiennik pionowy stanowi dobre rozwiązanie gdy działka ma niewielką powierzchnię. Wykorzystywana energia termalna może również posłużyć jako źródło chłodu do chłodzenia pomieszczeń latem.

Sondy gruntowe – rury wprowadzane są pionowo w głąb ziemi, zwykle na głębokość do 100 m. Wymiennik pionowy nie zajmuje dużej powierzchni działki, którą można swobodnie zagospodarować. Wykonanie wymiennika pionowego jest droższe niż poziomego, ale uzyskuje się z niego wyższą temperaturę solanki, co wpływa korzystnie na efektywność pracy pompy ciepła.

Temperatura otoczenia sond pionowych jest bardziej stabilna na przestrzeni roku niż w przypadku wymiennika poziomego. Wadą jest wyższa cena sond pionowych.

Jeśli pompa będzie pracować latem w funkcji chłodzenia, pionowy kolektor gruntowy umożliwia uzyskanie wyższej sprawności z powodu niższych temperatur panujących głęboko w gruncie.

Rodzaj gleby a dobór wymiennika gruntowego

Każdy rodzaj gleby charakteryzuje się określoną mocą jaką można z niej uzyskać wprowadzając do niej rury. Im grunt jest bardziej wilgotny tym większą moc można z niego uzyskać.

Wymiennik poziomy – moc uzyskiwana z gruntu

Jak widać rodzaj gruntu ma istotny wpływ na ilość uzyskiwanego z niego ciepła.

Montując zbyt krótki wymiennik może on zamarznąć i trzeba albo dokładać dodatkowe sekcje wymiennika albo próbować zregenerować źródło ciepła. Montując z kolei zbyt duży wymiennik nie ma później żadnych negatywnych skutków, poza zwiększonym kosztem inwestycji.

Wymiennik pionowy – moc uzyskiwana z gruntu

Ze względu na znaczące różnice w mocy uzyskiwanej z różnych rodzajów gruntu, instalator powinien wykonać odwiert próbny aby sprawdzić rodzaj gruntu.

Wymagania formalne

Gruntowe wymienniki ciepła podlegają określonym wymogom prawnym w zależności od głębokości prowadzenia rur.

• do 30 m – nie jest wymagany projekt (wyjątkiem jest obszar górniczy),
• do 100 m – wymagany jest projekt robót geologicznych (PRG) oraz podobnie jak powyżej wyjątek stanowi obszar górniczy,
• powyżej 100 m – wymagany jest projekt robót geologicznych oraz plan ruchu zakładu górniczego (PRZG).

Podsumowanie

• Gruntowe pompy ciepła to najwydajniejszy rodzaj pomp.
• Do wyboru są dwa rodzaje wymienników do gruntowych pomp ciepła: wymiennik poziomy oraz pionowy.
• Bardzo ważny jest rodzaj gruntu w którym pracuje wymiennik, gdyż ma wpływ na długość kolektora.