Pompy ciepła w praktyce. Prawidłowy odwiert.

wymienników ciepła lub przy pomocy pionowych sond ziemnych.

Kolektor poziomy Gruntowe poziome wymienniki ciepła składają się z wielu ułożonych w ziemi węży rurowych o jednakowej długości. Połączone są one z pompą ciepła według zasady Tichelmanna, tzn. rozdzielaczem zasilania i powrotu oraz przewodem zbiorczym przy jednakowych stratach ciśnienia na każdym obiegu. Wraz ze zwiększającą się głębokością gruntu wzrasta również jego temperatura. Do ok. 1 m głębokości temperatura gruntu może osiągnąć, również bez odzysku ciepła, temperaturę zamarzania. Natomiast już na głębokości 2 m minimalna temperatura wynosi ok. 3-5oC. Gruntowy wymiennik ciepła powinien być ułożony na głębokości przynajmniej 1,2 m do maksymalnie 1,5 m. Zimne części układu (rury wymiennika, przewody zbiorcze i rozdzielacze) muszą zachować w podłożu odległość przynajmniej 0,7 m od przewodów zasilających (woda, ścieki, prąd itp.) oraz od budynków. Aby moc pompy obiegowej dolnego źródła nie była nieproporcjonalnie wysoka, długość rur na każdy obieg powinna wynosić ok. 100 m. Za straty ciśnienia, oprócz długości i przekrojów rur, odpowiedzialne jest natężenie przepływu na każdą rurę oraz ilość równoległe uruchomionych obiegów solanki. Wymagana długość rur podzielona jest na większą ilość równolegle czynnych obiegów o jednakowej długości. Należy unikać łączeń rur, do których później nie będzie dostępu (zakopane w ziemi). Rury układane są w glebie w formie równoległych pętli o jednakowej długości (zasada Tichelmanna) i połączone z rozdzielaczem i przewodem zbiorczym. W celu zagwarantowania odpowietrzenia gruntowego wymiennika ciepła, rury muszą być ułożone w stosunku do rozdzielacza i przewodu zbiorczego pod minimalnym kątem. Poza przyłączami do rozdzielacza oraz przewodu zbiorczego nie powinno się stosować żadnych innych elementów łączących. Jeżeli wykonanie wymienników w formie pętli o tej samej długości nie jest możliwe, konieczne jest wyposażenie przewodu każdej pętli w zawór równoważący. Zawory należy ustawić tak, by straty ciśnienia na każdej pętli wymiennika były jednakowe. Ułożenie wymienników może być wykonane przy pomocy koparki łyżkowej (szerokość łyżki ok. 80 cm) w formie pojedynczych rowów. Inną możliwością jest także zastosowanie wąskiej koparki łyżkowej lub frezy ziemnej. Sposób ten umożliwia ułożenie wymiennika w rzędach i redukuje wymianę gleby.
Przy nowo powstających budynkach możliwe jest też całopowierzchniowe usunięcie warstwy ziemi. Odstęp pomiędzy pojedynczymi rurami wymiennika należy dobrać w taki sposób, by uniknąć zrastania się tworzących się wokół wymienników pierścieni lodowych. W zależności od jakości gleby wskazany odstęp wynosi od 0,5 do 1 m. W celu ochrony rur wymiennika przed uszkodzeniami podczas przysypywania zaleca się przykrycie ich sypką osłoną z drobnego piasku lub pozbawioną kamieni ziemią o grubości ok. 50 mm. Dodatkowo ok. 30-40 cm powyżej rur należy położyć taśmę ostrzegawczą. Gruntowe wymienniki poziome nie podlegają z reguły obowiązkowi uzyskania zezwolenia, jednakże muszą być zgłoszone Urzędowi Gospodarki Wodnej. Jednakże w strefach ochrony wody I do III gruntowe wymienniki poziome mogą zostać użyte tylko za zgodą Urzędu Gospodarki Wodnej.

Sondy pionowe Jeżeli wymagana powierzchnia dla ułożenia poziomego wymiennika gruntowego ciepła nie jest wystarczająca, istnieje możliwość uzyskania energii cieplnej z gruntu poprzez wymiennik gruntowy pionowy z sondami ziemnymi. Sondy ziemne są umieszczonymi pionowo pętlami gruntowego wymiennika ciepła. Najczęściej stosuje się sondy rurowe z podwójną pętlą. Ten typ sond składa się z 4 rur PE – dwóch przewodów zasilających i dwóch powrotnych. W dolnym końcu rury połączone zostają stopą sondy. Sonda umieszczana jest z reguły w odwiertach do głębokości maksymalnie 100 m, które po umieszczeniu sondy wypełniane są płynną substancją o dobrej przewodności ciepła (np. bentonit). Innym, rzadziej stosowanym typem, jest sonda współosiowa (rura w rurze). Sonda ta składa się z zamkniętej u dołu rury, do której wprowadzana jest druga rura o mniejszym przekroju, otwarta u góry. Sondy ziemne powinny być umieszczane w odstępach wynoszących przynajmniej 6 m tak, by ich wzajemne oddziaływanie było jak najmniejsze. W przypadku warstw ziemi przewodzących wodę gruntową, sondy ziemne powinny zostać ustawione poprzecznie do kierunku prądu wody gruntowej. Sondy pionowe mają tę zaletę, że wymagają niewielkiej powierzchni. Od głębokości ok. 15 m gleba ma praktycznie stałą temperaturę, która nie ulega wahaniom wynikającym ze zmian pór roku. Obliczenia i wykonanie sond ziemnych powinny być w każdym wypadku powierzone doświadczonej firmie zajmującej się sondami ziemnymi i pracami wiertniczymi. Wymagane są wiercenia w ziemi oraz ocena właściwości warstw ziemi, które mogą być przeprowadzone jedynie przez wyspecjalizowane firmy. Sondy ziemne wymagają uzyskania zezwolenia i muszą zostać dopuszczone przez właściwy Urząd Gospodarki Wodnej. Dla wykonania sond ziemnych o głębokości powyżej 100 m wymagane jest zezwolenie zgodne z wymogami Instytutu Górnictwa.

Technologia GRD W 2009 roku na polskim rynku pojawiła się nowa technologia pozyskiwania ciepła z gruntu ziemi. Jest nią technologia GRD (Geothermal Radial Drilling) polegająca na tym, że sondy ziemne układane są promieniowo, skośnie w różnych kierunkach i pod różnym kątem. Ilość oraz długość odwiertów zależy od warunków architektonicznych i glebowych. Cała instalacja sond wykonywana jest przez jedną maszynę wiercącą GeoDRILL, która w gruncie instaluje sondy radialnie pod kątem 35-65o na głębokości od 10 do 20 metrów. System wiertniczy, składający się z jednostki transportującej ze stacją hydrauliczną i wiertnicy samojezdnej z pierścieniem (wieńcem), może być obsługiwany jedynie przez dwie osoby. Nowa technologia posiada wiele zalet:
* odwierty wykonywane są z jednej studni, dzięki czemu nie następuje duża ingerencja w środowisko naturalne (minimalna dewastacja terenu działki);
* jedna zwarta maszyna o małych gabarytach, która potrzebuje do pracy niewielkiej powierzchni.
Dzięki swojemu rozmiarowi bez problemu może dotrzeć do gęsto zabudowanych terenów i nie pozostawia po sobie widocznych śladów w podłożu;
* idealny system przy modernizacji systemu grzewczego;
* najbardziej energetyczne warstwy gleby zostają maksymalnie wykorzystane;
* istnieje możliwość wykorzystania tej technologii w każdych warunkach glebowych (skała, piaski…);
* sondy ziemne instalowane są szybko i ekonomicznie, dzięki czemu koszty wykonania instalacji zostają obniżone;
* trójwymiarowe wykrywanie poziomu wody podziemnej umożliwia maksymalne wydobycie ciepła z gruntu, dzięki czemu zostaje zoptymalizowana ilość i długość odwiertów. W praktyce… W Polsce jedną z pierwszych instalacji, wykorzystujących nowoczesną technikę GRD, jest instalacja grzewcza w Jarocinie z pompą ciepła glikol/woda SWC 170H. Urządzenie posiada moc grzewczą 16,7 kW i współczynnik wydajności COP 4,6 przy B0/W35, wg normy EN 14511. Zastosowana jednostka zaopatruje w ciepło dom o powierzchni 270 m2. Górnym źródłem ciepła są grzejniki o parametrach 55/45oC – z tego względu została dobrana większa pompa ciepła. W celu zwiększenia pojemności wodnej instalacji zastosowano zbiornik buforowy TPS 200 o pojemności 200 l, który został podłączony szeregowo na powrocie.

Podsumowanie Dolne źródło ciepła jest jednym z najważniejszych czynników prawidłowej i ekonomicznej pracy pompy ciepła. Warto zatem elementowi temu poświęcić szczególną uwagę oraz zlecać lub konsultować jego wykonanie ze specjalistami. Nowoczesne technologie pozwalają na szybkie i skuteczne zainstalowanie dolnego źródła ciepła, a w przypadku wykorzystania systemu GRD nawet na znikomą dewastację ogrodu, co jest ważnym argumentem przy modernizacji systemu ogrzewania w istniejących obiektach.
Bartosz Bigosiński
Fot. 1-2 z arch. przedsiębiorstwa „Hydro-Tech” Konin. Fot. 3-4 z arch. firmy ZWIS Andrzej Stepaczenko.
Zobacz artykuł w wersji pdf pdf pdf



Dodaj komentarz

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

Ta strona korzysta z ciasteczek (cookies) Więcej informacji

Ustawienia plików cookie na tej stronie są włączone na "zezwalaj na pliki cookie", aby umożliwić najlepszy z możliwych sposób przeglądania. Jeśli w dalszym ciągu chcesz korzystać z tej strony, bez zmiany ustawienia plików cookie lub kliknięciu przycisku "Akceptuję", a następnie użytkownik wyraża zgodę na to.

Zamknij