Źródła ciepła dolnego, dla pomp ciepła

Źródłem ciepła używanego do ogrzewania domu mogą być grunt, woda lub powietrze. W warunkach zimowych są to źródła o temperaturze niższej niż temperatura w budynku, a zatem zadaniem pompy ciepła jest pobranie energii cieplnej z medium o niższej temperaturze (np. woda gruntowa ma temperaturę 7÷12°C, powietrze może mieć nawet -20°C) do pomieszczenia o wyższej temperaturze (ok. 20°C).

Najczęściej spotykanymi w Polsce są gruntowe źródła pompy ciepła, solanka/glikol-woda i woda-woda, które są w stanie samodzielnie zaspokoić zapotrzebowanie cieplne gospodarstwa domowego. Coraz bardziej na popularności zyskują jednak pompy ciepła powietrze/woda i powietrze-powietrze, które co prawda w szczytowych warunkach wymagają wspomagania dodatkowym źródłem ciepła, to jednak niższy koszt ich instalacji rekompensuje wspomniane niedobory.

1. Kolektory gruntowe

Rys. 1.6: przykładowa instalacja kolektora gruntowego Kolektor poziomy płaski wykonuje się z rur PE o średnicy 25÷40 mm, układanych w gruncie na głębokości ok. 1,5 m, 20÷50 cm poniżej strefy przemarzania, ale nie głębiej niż 2 m. Zazwyczaj jest to kilka pętli o długości do 100m każdy, ze względu na rosnące opory przepływu. Odstępy między rurami kolektora zależą od wydajności cieplnej gruntu i od średnicy rur, zaś wydajność cieplna gruntu jest tym większa im bardziej grunt jest nasycony wodą i im więcej ma składników mineralnych, zaś im mniejsza jego porowatość. Im mniej wydajny energetycznie grunt, tym mniejszą stosuje się średnicę rur i mniejsze odstępy między rurami. Przyjmuje się, że powierzchnia kolektora powinna być równa 1,5÷5 powierzchni domu, a więc wskazana jest duża powierzchnia działki. Możliwe do pobrania z gruntu moce jednostkowe mieszczą się w zakresie od ok. 10 do 40 W/m² powierzchni gruntu, zależnie od składu gleby.

2. Sondy gruntowe

Rys. 1.7: Przykładowa instalacja z użyciem sondy gruntowej Sondy gruntowe wymagają dużo mniejszej powierzchni, niż kolektory, ponieważ ich powierzchnia wymiany ciepła skierowana jest w głąb ziemi, zazwyczaj do 100m, bo przy odwiertach poniżej tej głębokości wymagane jest jedynie pozwolenie Urzędu Gospodarki Wodnej. Najczęściej stosowane sondy gruntowe to tak zwane u-rury, czyli zespół dwóch rur PE biegnących równolegle do siebie, połączonych u podstawy specjalnie do tego celu wykonaną głowicą. Wydajność cieplna wymiennika ciepła w postaci sondy gruntowej jest stosunkowo duża 50W/m, bardzo korzystna jest też charakterystyka ciepła oddawanego w ciągu roku, gdyż ulega jedynie niewielkim wahaniom. Wymiennik ten ma natomiast jedną podstawową wadę, jego wykonanie w przeliczeniu na pozyskaną moc jest najdroższe spośród wszystkich wspomnianych tutaj źródeł ciepła.

3. Woda gruntowa

Rys. 1.8: Przykładowa instalacja z wykorzystaniem wody gruntowej Woda gruntowa, tak samo jak grunt jest bardzo dobrym akumulatorem energii cieplnej, nawet w okresie największych mrozów potrafi utrzymać temperaturę 7 do 12°C. Zasada działania źródła ciepła opartego na wodzie gruntowej jest bardzo prosta. Wykonywane są dwie studnie, jedna czerpalna, druga chłonna. Ciepła woda ze studni czerpalnej tłoczona jest przez pompę do parownika pompy ciepła, a po takim ochłodzeniu zrzucana do studni chłonnej. Metoda ta jest stosunkowo niedroga w wykonaniu, aczkolwiek wymagane są wcześniejsze badania składu mineralnego wody gruntowej, gdyż zbyt duża ilość minerałów może powodować zatykanie parownika, lub jego uszkodzenie. Na etapie dobierania studni jako dolnego źródła ciepła należy uwzględnić również poziom wód gruntowych, oraz koszty związane ze zużyciem energii elektrycznej, przez pompę przekazującą wodę międz studniami.

4. Powietrze

Rys. 1.9: Przykładowa instalacja pompy ciepła zasilanej powietrzem Najniższy koszt instalacji, oraz łatwość zastosowania w istniejących obiektach, ze względu na prostą konstrukcje, to cechy dolnego źródła ciepła zasilanego powietrzem. Rozwiązanie to ma też jedną podstawową wadę, duże dobowe, oraz roczne wahania temperatury powietrza, oraz temperatury ujemne sięgające nawet -20°C, które sprawiają, że pompa ciepła zasilana powietrzem nie jest w stanie samodzielnie zaspokoić zapotrzebowania cieplnego budynku w okresach szczytowych. Rozwiązanie to wymaga więc stosowania dodatkowego źródła ciepła, które będzie wspomagało system w szczególnie mroźne dni. Przy projektowaniu instalacji należy uwzględnić również koszt energii potrzebnej do pracy systemu odszraniającego, oraz wymuszonego obiegu powietrza na parowniku.

Post Author: Paweł

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *