Technika

Pompy ciepła woda-woda - dolne źródło w pompach ciepła - typy obiegów, kolektory

Kolektor gruntowy pionowy. Kolektor pionowy wykonany jest z pionowych odcinków rur umieszczonych w odwiertach i połączonych na dole U-kształtką. Rury wypełnione są wodnym roztworem glikolu, denaturatu lub spirytusu, który krążąc w rurach ogrzewa się od gruntu i transportuje pobrane ciepło do pompy ciepła. W parowniku pompy ciepła następuje odebranie ciepła z roztworu, czyli jego ochłodzenie, po czym roztwór wraca do gruntu. Poszczególne odwierty połączone są ze sobą szeregowo w pętlę. Aby zwiększyć równomierność wykorzystania odwiertów stosuje się także połączenie Tichelmanna. Odcinki poziome łączące odwierty muszą być umieszczone na głębokości 1,4-1,5 m pod powierzchnią gruntu. Odległość pomiędzy odwiertami powinna wynosić 5-15 m. Głębokość odwiertów wynosi od 30 do 200 m. Szacunkowa wartość strumienia energii z gruntu to ok. 50 W/mb rury. Zaletami takiego kolektora są: wysoka efektywność i mała podatność na zmiany temperatury zewnętrznej (na głębokości 10 m i poniżej temperatura jest stała przez cały rok i wynosi 10°C). Kolektor gruntowy pionowy wymaga także znacznie mniej miejsca pod budowę niż kolektor poziomy, ale jest niestety dużo droższy.


Kolektor gruntowy pionowy

Kolektor gruntowy poziomy. Wykonywany jest z poziomo ułożonych rur wypełnionych wodnym roztworem glikolu, denaturatu lub spirytusu. Rury układane są na głębokości 1,2-1,5m poniżej poziomu terenu w rozstawie 0,5-1m. Do jednego wykopu można włożyć do 4 rur, przy czym pionowy odstęp pomiędzy rurami nie powinien być mniejszy niż 30cm. Wydajność strumienia energii z gruntu zależy w dużej mierze od jego rodzaju i wilgotności wahając się od 10 do 35 W/mb rury wg zasady : im grunt jest bardziej spoisty i wilgotny tym jego efektywność energetyczna jest większa. Jeżeli przyszły użytkownik dysponuje stawem lub jeziorem, można doskonale wykorzystać je jako źródło ciepła. Oprócz większej efektywności energetycznej (a więc krótszy kolektor) w znacznym stopniu minimalizuje się także koszty inwestycji, w porównaniu z kosztami związanymi z robotami ziemnymi. Wężownicę z rur polietylenowych w prosty sposób można umieścić na dnie stawu lub jeziora. W większości wypadków wystarczają stawy o powierzchni 1000-2000m2 i minimalnej głębokości 1,5-2,5m.


Kolektor gruntowy poziomy


Kolektor poziomy w stawie/jeziorze

Kolektor gruntowy spiralny. Kolektor spiralny działa na podobnej zasadzie jak kolektor płaski. Sekcje kolektora mają postać spiralnych zwojów ułożonych w rowach o długości 10-15mb. Kolektory spiralne stanowią alternatywę do kolektorów płaskich. Wykopanie szerokich rowów o długości kilkunastu metrów jest mniej kłopotliwe niż kopanie wąskich rowków. Długość wykopów jest o 30% mniejsza. Odległość pomiędzy sekcjami nie powinna być mniejsza niż 4m. Długość przewodów dla kolektorów płaskich spiralnych trzeba zwiększyć o 30%, gdyż charakteryzują się mniejszym odbiorem jednostkowym z m2 gruntu. Szerokość wykopu powinna umożliwić ułożenie płasko na dnie wykopu kręgów rur, z reguły to 1-1,2m szerokości na dnie. Zatem na 10mb wykopu wymagana ilość rur to 111mb. Z powodu oporów przepływu zaleca się, aby długość pojedynczej pętli nie przekraczała maksymalnie 200mb/pętlę. Przy tym rozwiązaniu zaleca się zastosowanie kolektorów słonecznych. Energia promieniowania słonecznego niewystarczająca do grzania wody użytkowej (powyżej 45°C) zostaje wykorzystana przez pompę ciepła podnosząc jej wskaźnik sprawności. Dodatkowym efektem jest szybka regeneracja energii gruntu pod koniec i po zakończeniu sezonu grzewczego, a przed sezonem grzewczym temperatura zasilania może być nawet o 3°C wyższa. Zalecana minimalna powierzchnia kolektorów słonecznych to 2m2/10kW mocy chłodniczej pompy (optymalnie 4m2/10kW).


Kolektor gruntowy spiralny


Sposób ułożenia pętli

Wodne pompy ciepła. Czerpią ciepło z wód głębinowych. Woda krąży w układzie (dwóch lub więcej) studni: zasysana jest w studni czerpalnej za pomocą pompy głębinowej, następnie doprowadzana jest do pompy ciepła, a stamtąd odprowadzana przez studnię zrzutową do wód gruntowych. Studnia czerpalna jest przeważnie jedna, ale studni zrzutowych może być kilka. Minimalna wydajność studni czerpalnej powinna wynosić 1,5 do 2,5 m3/h. Głębokość zależy od miejscowych warunków i wynosi teoretycznie do 30 m, a w praktyce nie przekracza 15 m. Spowodowane jest to zbyt wysokim kosztem podnoszenia wody z głębokości większej niż 15 m. Zaletą układu ze studniami jest przede wszystkim wyższy niż w układzie z gruntową pompą ciepła współczynnik efektywności. Jego wartość przekracza 4, gdyż temperatura wody głębinowej jest zawsze wyższa niż gruntu na glębokości 1 m i nie spada poniżej 5-8 st. C. Studnie czerpalną i zrzutową można wykonać stosunkowo łatwo i niedrogo. Wystarczy odwiert taki jak do tradycyjnej studni głçbinowej. Niski jest również koszt doprowadzenia wody głębinowej do pompy ciepła, małe są także wymagania dotyczące powierzchni niezbędnej do wykonania układu. Nie jest to jednak system bez wad. Konieczne jest przeprowadzenie badań wydajności studni czerpalnej oraz jakości wody gruntowej. Gdy głębokość lub wydajność studni przekracza ustalone wartości (odpowiednio 30 m lub 15 m3/h) trzeba też uzyskać pozwolenie wodno-prawne, ale rzadko inwestor decyduje się na takie rozwiązanie. Przeważnie, gdy przekroczone są te wartości, wybiera się inny wariant dolnego źródła ciepła. Jeśli woda głębinowa jest agresywna chemicznie (co ustalane jest na podstawie analizy chemicznej), może być potrzebny odpowiedni układ filtrów.