Dolne źródła w pompach ciepła (2) . Pompa na wymiar

Czas instalacji pompy ciepła i wykonania kolektora gruntowego poziomego lub kolektora zatapialnego wynosi około 5 dni. Czas instalacji pompy ciepła i wykonania kolektora pionowego lub studni czerpalnej i zrzutowej, gdy dolnym źródłem jest woda gruntowa, wynosi około 3 dni. Żywotność pomp ciepła określana jest na poziomie żywotności sprężarki i bez względu na dolne źródło (przy założeniu, że do modułu chłodniczego w pompie ciepła dostarczany jest ten sam czynnik niezamarzający) szacuje się na poziomie 25 lat. Najbezpieczniejszy w użytkowaniu będzie kolektor gruntowy (niektórzy producenci systemów dolnych źródeł dają 50-letnią gwarancję), natomiast nie jesteśmy w stanie przewidzieć, czy jakość i wydajność wody gruntowej, czy też jakość, głębokość i inne parametry zbiorników wody powierzchniowej nie ulegną z czasem zmianom, które mogą mieć wpływ na funkcjonowanie pompy ciepła. Wymiarowanie kolektora gruntowego W Polsce średnia temperatura powietrza w pobliżu powierzchni gruntu wynosi ok. 7-9°C. Podobną średnią wartość temperatury przyjmuje grunt w rejonie tzw. pasa neutralnego, na głębokości 10-25 m pod powierzchnią. Jest ona wynikową oddziaływań wielu czynników m.in. promieniowania słonecznego, wypromieniowania energii z gruntu, wpływu energii geotermalnej. Z powodu stosunkowo małego udziału strumienia ciepła, pochodzącego z wnętrza ziemi (0,04 W/m2 do 0,11 W/m2 w stosunku do 1000 W/m2 promieniowania słonecznego), jego udział w bilansie energii przy powierzchni gruntu jest niewielki.
Ciepło zgromadzone w gruncie przekazywane jest do obiegu pompy ciepła bezpośrednio poprzez odparowanie czynnika w rurkach ułożonych w gruncie lub pośrednio przez wymiennik gruntowy pionowy lub poziomy, co jest rozwiązaniem najczęściej stosowanym. Kolektor gruntowy wykonuje się zazwyczaj z rur polietylenowych o średnicy 32-40 mm, w różnych konfiguracjach, jako układy poziome (szeregowe, wężownicowe, spiralne) lub pionowe. W przypadku gruntów o niskim stopniu wilgotności (grunt suchy, piaszczysty) układy spiralne mogą powodować znaczne wychłodzenie gruntu i zamarzanie parownika w pompie ciepła, wobec czego zdecydowanie bardziej bezpieczne jest stosowanie układów płaskich lub kolektorów pionowych. Kolektory poziome, w postaci pętli rur o jednakowej długości, układa się w odległości minimum 0,5-1 m od siebie, na głębokości 30-40 cm poniżej granicy przemarzania gruntu, co stanowi, w zależności od rejonu, 1,2-2,0 m. Kolektor gruntowy pionowy wykonuje się w postaci odwiertów sięgających 150 m, w których umieszcza się rury zgięte w kształcie litery U, które stanowią przewód zasilania i powrotu, w odległości nie mniejszej niż 6 m. Poszczególne przewody kolektora gruntowego łączy się najczęściej za pomocą rozdzielacza w studzience zbiorczej lub rzadziej w budynku (dla małej ilości obwodów).
Długość kolektora gruntowego możemy określić przy pomocy wzorów matematycznych lub przy wykorzystaniu programów komputerowych (opracowanych przez producentów tych urządzeń) do wymiarowania dolnych źródeł oraz doboru pomp ciepła. Wszystkie sposoby wymiarowania kolektora gruntowego poziomego i pionowego opierają się na tych samych założeniach. Przyjmuje się, że z jednego metra kwadratowego gruntu, dla kolektora poziomego, można otrzymać moc 10-40 W, natomiast z jednego metra głębokości sondy można otrzymać moc 30-70 W. Wartości z podanego zakresu dobiera się w zależności od stopnia wilgotności i spójności gruntu (im bardziej wilgotny i spójny grunt, tym wyższy współczynnik przewodzenia ciepła). Przy wykonywaniu projektów i ofert wstępnych, które nie są poparte pełnym rozpoznaniem geologicznym, dla wymiennika pionowego, zaleca się przyjmowanie sugerowanej wartości mocy chłodniczej 40 W/mb, a dla wymiennika poziomego 20 W/m2 (dla parametrów dolnego źródła B0/W35 i czasu pracy sprężarki do 2000 h). Przy określaniu właściwej mocy chłodniczej, pozyskiwanej przez pionowy lub gruntowy wymiennik ciepła, zaleca się wykonanie rozpoznania geologicznego z map geologicznych i wyliczenie średniej wartości współczynnika przewodzenia ciepła λ jako średnio ważonej dla rżnych warstw gruntu, w którym planowane jest wykonanie kolektora pionowego. Na podstawie tego parametru jesteśmy w stanie określić właściwą wartość mocy chłodniczej danego gruntu. W tabeli 2 przedstawiono własności termodynamiczne gruntów, skał i wypełnień odwiertów spotykanych podczas instalacji pomp ciepła.
Znając wartość mocy uzyskanej z gruntu (q) oraz moc chłodniczą (Qch) pompy ciepła dobranej dla danego obiektu, możemy obliczyć teoretyczną powierzchnię kolektora poziomego (A) i całkowitą głębokość sond (D) za pomocą uproszczonych wzorów: A = Qch/q; D = Qch/q. Dzieląc wymaganą powierzchnię kolektora poziomego (A) przez odległość pomiędzy przewodami kolektora (s) z zakresu 0,5-1,0 m, możemy obliczyć potrzebną długość rur kolektora poziomego (L): L = A/s. Kolektory pionowe będą zazwyczaj przechodzić przez kilka różnych warstw materiałów.
Powoduje to, że praktycznie nie istnieją inne, niż doświadczalne, metody oszacowania możliwości cieplnych odwiertów. Należy pamiętać, aby teoretyczne wyliczenia i przyjęte parametry zweryfikować w oparciu o informacje, dotyczące podłoża geologicznego, przekazywane przez geologów-wiertników i pierwsze odwierty/wykopy, które mogą służyć jako kontrolne. Uwaga! W przypadku pomp ciepła, pobierających ciepło otoczenia za pomocą pionowych gruntowych wymienników ciepła, zastosowanie zbyt małych wymienników ciepła i długotrwała praca w trybie pełnego obciążenia mogą skutkować przez stosunkowo krótki okres bardzo niskimi temperaturami źródeł ciepła, aż do osiągnięcia dolnej granicy zastosowania pompy ciepła. Dodatkowo może to spowodować długookresowe zmniejszanie się temperatur źródeł ciepła przez kolejne okresy grzewcze, jeżeli nie zapewniono wystarczających okresów regeneracji.
dr inż. Małgorzata Smuczyńska
Zobacz artykuł w wersji pdf pdfpdf

Prenumerata Magazynu Instalatora

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