ABC pomp ciepła. Dolne źródła

Zobacz artykuł w wersji pdf pdf pdfpdf pdf

Podstawowe systemy dolnego źródła ciepła to: powietrze, woda, grunt.

* Powietrze

System ten oceniany jest błędnie jako najmniej efektywny ze wszystkich innych systemów z pompą ciepła. W zależności od warunków, rodzaju ogrzewania i specyfiki użytkowania budynku może być porównywalny z pozostałymi systemami pod względem kosztów ogrzewania. Zalecany jest szczególnie dla budynków istniejących w układzie biwalentnym z istniejącą centralą grzewczą oraz w obiektach sezonowych o dużym zapotrzebowaniu na ciepłą wodę użytkową. Może też spełniać rolę samodzielnego źródła ciepła dla obiektów o małej powierzchni działki oraz dla inwestorów szukających oszczędności kosztów inwestycyjnych przy akceptacji nieco zwiększonych kosztów ogrzewania. Rozróżniamy dwa rodzaje usytuowania pompy ciepła: wewnętrzne i zewnętrzne.

– Usytuowanie wewnętrzne

Należy tu zwrócić szczególną uwagę na:

a) Możliwość montażu kanałów czerpalnego i wyrzutowego powietrza oraz ich usytuowanie. Realne jest usytuowanie na poddaszu lub w innym pomieszczeniu na parterze. Problematyczne jest usytuowanie w piwnicy. Szczególną uwagę należy zwrócić na możliwość odprowadzenia skroplin z odszraniania parownika pompy ciepła przy temperaturach zewnętrznych niższych od +5ºC. W piwnicy bez kratki ściekowej jest to kłopotliwe ze względu na niezbyt pewnie działającą tzw. pompkę kondensatu, która wymaga częstego czyszczenia filtra.

b) Wykonanie fundamentu zgodnie z zaleceniami producenta. Praktyczna wskazówka: ciężar fundamentu powinien wynosić min. 1/2 ciężaru pompy. Powinna też być wykorzystana „ryflowana” płyta gumowa. Przenoszenie się drgań pompy ciepła na konstrukcję budynku jest przedmiotem częstych reklamacji.

– Usytuowanie zewnętrzne

W trakcie projektowania należy zwrócić szczególną uwagę na:

a) Usytuowanie pompy ciepła króćcem „wydmuchowym” w bezpiecznej odległości od ścian ze względu na możliwość ich zawilgocenia.

b) Odprowadzenie skroplin – najlepiej do kanalizacji deszczowej, a w przypadku jej braku – do kanalizacji lub do studzienki chłonnej o pojemności uzależnionej od chłonności gruntu. Brak dostatecznego odprowadzenia skroplin może spowodować zawilgocenie fundamentów i ścian budynku oraz doprowadzić do zakłóceń pracy pompy ciepła, a wręcz do jej „zamrożenia”.

Niezbędnym elementem systemu powietrznej pompy ciepła jest bufor wody grzewczej. Oprócz roli sprzęgła hydraulicznego oraz „magazynu” ciepła pełni on funkcję źródła ciepła do odszraniania parownika. Uwaga! W krajach zbliżonych klimatem do Polski, a zwracających szczególną uwagę na porównanie kosztów inwestycyjnych i kosztów ogrzewania, jak Szwajcaria czy Niemcy, jest to najbardziej rozpowszechniony system grzewczy z pompami ciepła.

W systemie tym odpada projekt dolnego źródła, gdyż jest on już wykonany przez producenta pompy ciepła. Na uwagę zasługuje również nieograniczony (jak dotychczas) dostęp do powietrza.

* Grunt

Rozróżniamy dwa rodzaje wymiennika gruntowego: wymiennik poziomy i pionowy.

– Wymiennik poziomy jest dotychczas najpopularniejszym systemem gruntowym w Polsce.

Przy doborze wielkości wymiennika nie należy dobierać wymiennika do mocy grzewczej pompy ciepła, lecz do zapotrzebowania cieplnego budynku oraz szacunkowo określić wydajność cieplną gruntu. Zalecenia dotyczące rozstawu rur i ich średnic są istotne, ale najistotniejszym elementem jest wydajność cieplna gruntu. Dobór wymiennika do „niedowymiarowanej” pompy ciepła może spowodować przekroczenie dopuszczalnej ilości godzin jej pracy i nadmierne wychłodzenie gruntu. Proces ten może być zauważalny po kilku latach eksploatacji, a w efekcie po kilkunastu latach może spowodować wymrożenie gruntu i zdecydowany spadek COP. Przy zmniejszonej wydajności gruntu pompa ciepła „odmówi” swojej przydatności grzewczej. Dla bezpieczeństwa należy przyjmować wydajność gruntu 20 W/m2 przy założeniu spełnienia wytycznych jego montażu. Można założyć większą długość „pętli”, ale nie dłuższą niż 200 m. Należy też indywidualnie dobrać pompę obiegową „dolnego” źródła. Temperatura solanki z wymiennika nie może być niższa niż 0ºC.

W interesie inwestora leży więc zażądanie sposobu obliczeń doboru wymiennika gruntowego i skonsultowanie ze służbą techniczną dostawcy pompy ciepła, gdyż może to spowodować problemy w pracy pompy ciepła nawet po upływie okresu gwarancyjnego.

– Wymiennik pionowy, popularnie zwany sondą ziemną, nie może być również dobierany do mocy grzewczej pompy ciepła, lecz do zapotrzebowania cieplnego budynku. Uwagi dla wymiennika gruntowego poziomego mają również zastosowanie do sond ziemnych.

Jeśli chodzi o wydajność cieplną sondy ziemnej, to dla bezpieczeństwa należy przyjmować wydajność 40 W/mb dla małych pomp ciepła i 50 W/mb dla dużych, przy założeniu spełnienia wytycznych ich montażu dotyczących wzajemnej odległości sond.

Zalecana wzajemna odległość sond ziemnych wynosi dla sond 30 – 5 m, dla sond 100 – 10 m. Nie zaleca się sond ziemnych głębszych od 100 m ze względu na możliwość przekroczenia ciśnienia statycznego powyżej 10 barów.

Wytyczne projektowania zawarte w materiałach producenta pompy ciepła są podstawowym materiałem dla doboru wielkości wymiennika gruntowego. Nie mogą być jednak bezkrytycznie przyjmowane. Strefy klimatyczne Niemiec czy Szwecji są łagodniejsze pod względem temperatur zewnętrznych. Przyjmowanie więc ilości godzin pracy sprężarki wynikające z rocznego zapotrzebowania energii cieplnej powinno być rozpatrywane pod względem danych klimatycznych danego regionu. Są to rozważania teoretyczne, które są często trudne do obliczeń.

Uwaga praktyczna: należy przyjmować roczną ilość pracy sprężarki nie mniejszą niż 2400 godzin, a zapotrzebowanie energii cieplnej nie mniejsze od 120 kWh/m2/a. Prowadzi to często do przewymiarowania wymiennika gruntowego i wzrostu kosztów inwestycyjnych, unika się jednak dzięki temu poniesienia kosztów dodatkowym związanych z jego powiększeniem.

* Woda

Jest to system reklamowany jako najefektywniejszy pod względem kosztów ogrzewania. Aby nim był, muszą być spełnione następujące warunki:

– jakość wody pod względem chemicznym nie może powodować korozji wewnętrznej parownika pompy ciepła,

– zanieczyszczenia mechaniczne nie mogą powodować zwiększenia oporów przepływu przez parownik,

– temperatura wody nie może być niższa niż 7ºC,

– obieg wody powinien być obiegiem zamkniętym bez kontaktu z powietrzem,

– niezbędne jest dokonanie wiarygodnej analizy chemicznej i biologicznej wody oraz uzyskanie pisemnego potwierdzenia producenta pompy ciepła o jej przydatności.

* System studni

Najpopularniejszym systemem jest system czerpania i zrzutu wody ze studniami wody gruntowej. Zgodnie z obowiązującymi przepisami w UE i kosztami ogrzewania zalecane jest czerpanie wody gruntowej, a nie głębinowej. Woda gruntowa o dużej zawartości żelaza powoduje jego wytrącanie w kontakcie z tlenem i w efekcie wytwarzanie osadu w rurach i parowniku, które wywołuje zwiększenie oporów przepływu. Zwiększenie oporów przepływu powoduje spadek wydajności pompy głębinowej, co prowadzi do zakłóceń pracy pompy ciepła.

Innym problemem jest zdolność chłonna studni zrzutowej. Z reguły jest ona mniejsza od wydajności studni czerpalnej. Powoduje to jej przelewanie w okresie intensywnej pracy pompy ciepła, a więc przy niskich temperaturach zewnętrznych i oblodzenie jej otoczenia, mogące spowodować kosztowne skutki wtórne.

W celu uniknięcia kontaktu wody gruntowej z parownikiem pompy ciepła należy zastosować wymiennik pośredni. Przy konieczności jego częstego czyszczenia trzeba zainstalować dwa wymienniki pozwalające na ich czyszczenie bez konieczności wyłączenia pompy ciepła. Chociaż temperatura wody zmienia się nieznacznie w zależności od pory roku, można ją przyjąć średnio jako +8ºC.

Konieczność zastosowania wymienników o „rozsądnej” powierzchni wymiany powoduje spadek temperatury wody w obiegu parownika o ok. 2 K. Temperatura wlotu do pompy ciepła wyniesie więc ok. +6ºC, co stwarza konieczność wypełnienia obiegu płynem przeciwzamarzalnym i w przypadku zastosowania mieszaniny wody z glikolem zmniejsza współczynnik wymiany ciepła, prowadząc w efekcie do zmniejszenia współczynnika COP. Należy więc w tym przypadku zastosować pompę ciepła solanka/woda.

* System z ujęcia wodociągowego

Coraz częściej spotyka się wykorzystanie wody z ujęcia wodociągowego. System taki jest tańszy inwestycyjnie, gdyż odpada koszt wiercenia studni i mamy do czynienia z wodą uzdatnioną. Podstawowym warunkiem jest odpowiednia wydajność rurociągu w miejscu ujęcia wody. Niezbędne jest tu również oddzielenie obiegów wody pitnej od obiegu parownika wymiennikiem, co powoduje konieczność zastosowania w obiegu parownika podobnego rozwiązania jak przy wodzie gruntowej, tj. pompy ciepła solanka/woda. Wszystkie elementy instalacji mające kontakt z wodą pitną muszą mieć atesty higieniczne PZH, co podraża koszt instalacji. Należy też zwrócić szczególną uwagę na konieczność skutecznego odpowietrzenia obiegu po stronie wody pitnej.

Zastrzeżenia dotyczące obniżenia temperatury wody w instalacji wodociągowej i konieczność jej podgrzewania na potrzeby ciepłej wody użytkowej są bezpodstawne, gdyż woda przesyłana do sieci wodociągowej podgrzewana jest w nieizolowanej sieci przesyłowej. Mamy tu więc pośrednio do czynienia z odzyskiem ciepła z gruntu.

* System odzysku ciepła z procesów technologicznych

Częstym przypadkiem jest możliwość odzysku ciepła zawartego w wodzie pochodzącej z konieczności chłodzenia maszyn technologicznych (sprężarki, młyny czy kondensat pary technologicznej). Przypadki te zdarzają się najczęściej w zakładach produkcyjnych branży spożywczej. Projektowanie takich systemów wymaga zebrania wszystkich informacji dotyczących ilości „chłodu” koniecznego do chłodzenia tych procesów, poziomu temperatur wody „lodowej” oraz możliwości odbioru ciepła. Są to projekty wymagające indywidualnych rozwiązań.

Mirosław Kozłow

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