Pompa ciepła to urządzenie, które do ogrzewania pomieszczeń wykorzystuje ciepło z otoczenia, czyli z tzw. dolnego źródła ciepła. W przypadku gruntowych pomp ciepła dolnym źródłem jest gleba. Najlepiej gdy grunt jest mokry i gliniasty, ponieważ suchy piasek dostarcza kilkakrotnie mniej ciepła.
Gruntowy wymiennik ciepła umieszczony w ziemi - w zależności od wielkości naszej działki - pionowo, poziomo lub spiralnie - odbiera ciepło i przekazuje je czynnikowi krążącemu w systemie rur, a następnie transportuje do instalacji grzewczej.
Takie ogrzewanie ma właściwie same zalety: nie zużywa żadnego paliwa, nie emituje spalin, a za korzystanie z wytworzonej energii cieplnej nie trzeba płacić. Pozostają jednak koszty energii elektrycznej, która jest niezbędna do zasilania pompy ciepła. Na szczęście pompa nie potrzebuje jej dużo.
Na dużą działkę - poziomy wymiennik ciepła
W przypadku wymiennika z rur ułożonych poziomo za optymalną przyjmuje się głębokość 0,2-0,5 m poniżej granicy przemarzania. Jeśli jednak na stosunkowo niewielkiej głębokości znajduje się akurat ciek wodny, to najlepszym rozwiązaniem jest umieszczenie rur właśnie w nim. Pompa ciepła osiąga wtedy wyższy współczynnik wydajności COP. Rury wymiennika poziomego układa się w przygotowanym wcześniej wykopie o wymiarach odpowiadających wymaganej powierzchni wymiennika. Prowadzi się je w formie wężownicy (meandrów) na całej powierzchni wykopu, z zachowaniem określonych odstępów między sąsiadującymi odcinkami. Odstępy nie powinny być mniejsze niż 0,4 m ani większe niż 1,2 m – dostosowane do rodzaju gruntu, z którego wynika jego zdolność do „regeneracji” (uzupełniania ciepła). Im dłużej powierzchnia gruntu jest zamarznięta, tym większe powinnybyć odstępy.Trzeba pamiętać, że moc cieplna wymiennika nie wynika z długości rury, tylko z powierzchni gruntu, na którym jest ułożona. Mniejsze odstępy nie umożliwiają odbierania od niego większej ilości ciepła, za to powodują konieczność zastosowania dłuższej rury. Przekłada się to na większy koszt inwestycji, a także eksploatacji, bo do przepompowywania solanki przez dłuższą rurę potrzebna jest pompa obiegowa o większej mocy. Za to zbyt duża odległość między rurami sprawia, że ciepło nie jest odbierane w zakładanej ilości, więc moc wymiennika jest mniejsza.
Pompa ciepła z wymiennikiem pionowym
Pompa ciepła osiąga wyższy współczynnik wydajności COP, gdy rury wymiennika są umieszczone w ziemi pionowo – w odwiertach głębokości 40-150 m. Wynika to z tego, że na głębokości poniżej 10 m temperatura gruntu wynosi przez cały rok mniej więcej 10o C – czyli zimą o blisko dziesięć więcej niż na głębokości 1,5 m. Wykonanie wymiennika pionowego jest jednak wyraźnie droższe niż poziomego. Są to pionowe odcinki rury tworzącej pętlę (rura biegnie w dół odwiertu, na dnie zawraca i jest prowadzona w górę). Nazywa się je sondami geotermalnymi. W takim przypadku oblicza się nie powierzchnię, ale łączną długość wymiennika składającego się zwykle z więcej niż jednej sondy. W pionowych odwiertach umieszcza się po jednej albo po dwie pary rur (sondy typu U lub podwójne U). Wprowadzenie rury do odwiertu ułatwia głowica – element łączący pionowe rury, który może być przystosowany do użycia dodatkowej rury wypełniającej (wpychającej). Do wywierconego otworu wpycha się głowicę, a wraz z nią rury wymiennika. Następnie rurą wypełniającą wprowadza się do otworu mieszankę betonowo-cementową.
- Cement - niezbędny na każdej budowie. Rodzaje cementu i ich zastosowanie >>>
- Jak zrobić dobry beton B20 (C16/20) samodzielnie >>>
W wymienniku typu U jedną rurą ciecz płynie w dół do głowicy, a drugą z niej wraca. W wymienniku typu podwójne U – płynie dwiema rurami w dół i dwiema w górę. Odległość między odwiertami głębokości do 50 m nie powinna być mniejsza niż 5 m, a w przypadku głębszych – 8-15 m. Powinny być rozmieszczone w linii prostopadłej do kierunku przepływu wód podskórnych.
Kiedy instalacja grzewcza jest jeszcze w fazie projektu, nie ma problemu, żeby dostosować ją do parametrów każdej pompy ciepła, a na niezagospodarowanej jeszcze działce na ogół nie ma przeszkód do wykonania wymiennika potrzebnego do odbierania ciepła z gruntu. Trzeba wiedzieć, że ciepło w gruncie na głębokości 1,5 m pochodzi niemal wyłącznie z opadów atmosferycznych i energii słonecznej, więc nawierzchnia nad wymiennikiem w miarę możliwości powinna być dobrze nasłoneczniona i musi przepuszczać wodę. Nie można sadzić nad nim roślin, których korzenie mogłyby w przyszłości uszkodzić rurę. Trzeba też brać pod uwagę to, że działanie pompy ciepła powoduje obniżenie temperatury gruntu o kilka stopni, co zakłóca wegetację roślin. Z tego względu montaż gruntowej pompy ciepła na dawno zagospodarowanej działce często jest dość kłopotliwy.
Spiralny gruntowy wymiennik ciepła
Innym rodzajem kolektorów są wymienniki spiralne. 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.
Dowiedz się więcej o pompach ciepła:
- Zasada działania zasobnika buforowego w instalacji z pompą ciepła >>>
- Czy pompa ciepła może chłodzić? >>>
- Współpraca pompy ciepła i fotowoltaiki: korzyści i rozwiązania >>>
