Zobacz artykuł w wersji pdf pdf pdf     

Pojemność cieplna wody (ciepło właściwe) wynosi 4189,9 [J/(kg * K)]. Pod tym względem woda nie ma równych sobie ze wszystkich cieczy, jak i ciał stałych. W praktyce oznacza to, że podnoszenie temperatury wody wymaga dostarczenia znacznie większych ilości ciepła niż w wypadku innych cieczy i ciał stałych. Z drugiej strony, z wody można otrzymać sporo ciepła, nawet przy stosunkowo niewielkim obniżeniu jej temperatury. Obfite zasoby wód powierzchniowych, które chłoną energię słoneczną i stanowią ogromny magazyn ciepła, powinny rozwiązywać skutecznie nasze potrzeby ogrzewania budynków, podgrzewania wody użytkowej i potrzeby ciepła dla wielu procesów technologicznych. Dlaczego więc do tej pory nie eksploatuje się w wystarczającym stopniu wód powierzchniowych, nawet tam, gdzie jest bliski dostęp do nich?

Wody powierzchniowe można wykorzystywać jako dolne źródła ciepła w dwojaki sposób. Można czerpać wodę bezpośrednio do pompy ciepła i po odebraniu ciepła zwracać ją do zbiornika. Drugi sposób to umieszczenie na dnie zbiornika wody kolektorów podobnych do podziemnych kolektorów poziomych, w których płynie ciecz niezamarzająca, pobierająca ciepło z wody i transportująca je do pompy ciepła. Oba typy „wodnych” źródeł ciepła mają swoje wady i zalety. Zbiornik wody znajduje się zwykle poniżej budynku, w którym jest pompa ciepła. Pobór ciepła „bezpośrednio” z wody wymaga odpowiedniej instalacji pompowej, dostarczającej wodę do pompy ciepła; w tym pompy tłoczącej, rur i niezbędnej armatury hydraulicznej. Wyjątkiem może tu być pobór wody z rzeki powyżej budynku i oddawanie jej poniżej. W szczególnie korzystnym wypadku cały transport wody, do i z pompy ciepła, może odbywać się wówczas grawitacyjnie. Instalacja ta prawie w całości będzie się znajdować na zewnątrz budynku. Jeśli różnica poziomów, lustra wody i pompy ciepła, wyniesie więcej jak 8 m, pompa tłocząca wodę będzie umieszczona bezpośrednio w wodzie lub w podziemnej studzience zamiast w budynku. Ze względu na transportowanie ciepła przy pomocy cieczy zamarzającej, instalacja wraz z jej urządzeniami musi być zabezpieczona przez szkodliwym wpływem warunków atmosferycznych, szczególnie zimą, kiedy pompa ciepła pracuje najbardziej intensywnie. Zamrożenie pompy tłoczącej wodę lub rurociągu spowoduje brak ciepła w budynku i trudny do rozwiązania problem.

Tłoczenie wody dolnego źródła bezpośrednio do wymiennika (parownika) pompy ciepła może spowodować w krótkim czasie jego zanieczyszczenie, uniemożliwiające prawidłową pracę (zmniejszony przepływ, pogorszona wymiana ciepła), w wyniku czego nie będzie odbierane ciepło z wody w dostatecznej ilości. Pompa ciepła utraci wówczas moc i sprawność energetyczną. Czyszczenie wymiennika wymagałoby bardzo trudnych, specjalistycznych i kosztownych operacji. Aby temu zapobiec, stosuje się dodatkowy wymiennik ciepła, zwykle o konstrukcji umożliwiającej, po demontażu z instalacji, łatwe rozbieranie i czyszczenie w miarę potrzeb. Takie rozwiązanie zmniejsza jednak efektywność energetyczną pompy ciepła i podnosi koszty inwestycji i koszty eksploatacji. Tych niedogodności nie ma kolektor zanurzony w wodzie, ponieważ jest wypełniony cieczą niezamarzającą do –15oC, a pompa tłocząca znajduje się wewnątrz budynku, najczęściej w samej pompie ciepła. Ciecz robocza wpływa bezpośrednio do wymiennika pompy, gdzie oddaje ciepło i nie powoduje jego zanieczyszczenia. Należy się liczyć też z okresową wymianą cieczy roboczej, podobnie jak w podziemnych kolektorach poziomych i sondach pionowych. Dostawcy cieczy do dolnych źródeł pomp ciepła określają jej żywotność na ok. 5 lat. O konieczności wymiany cieczy powinno się decydować na podstawie jej właściwości użytkowych, w tym szczególnie temperatury zamarzania, które można wyznaczyć praktycznie odpowiednimi przyrządami pomiarowymi. Zbudowanie kolektora na dnie zbiornika wody nie jest łatwe i tanie.

Zbiornik wody spełniający wymagania dolnego źródła ciepła, jak wskazuje doświadczenie, powinien mieć głębokość co najmniej 4 m. Mniejsza głębokość może spowodować zamrożenie wody na dnie zbiornika i ograniczenie poboru ciepła poniżej niezbędnego minimum. Wydajność takiego źródła będzie bowiem uzależniona od bieżącej regeneracji energią słoneczną, na którą nie zawsze można liczyć. Zależeć ona będzie od warunków, jakie panują zimą na powierzchni zbiornika wody lub raczej powierzchni lodu. Pokrywa śniegu ogranicza całkowicie emisję energii słonecznej w głąb wody i eliminuje bieżącą regenerację źródła. Aby zapobiec zamrożeniu źródła, w wypadku braku bieżącej regeneracji, niezbędna jest odpowiednia zawartość ciepła w wodzie, co sprowadza się w praktyce do odpowiedniej głębokości zbiornika.
Ulokowanie kolektora na dnie zbiornika wody wiąże się również z istotnymi ograniczeniami w korzystaniu z wody przez innych użytkowników: wędkarzy, żeglarzy i miłośników poszukiwania podwodnych skarbów. Łowienie ryb wędkami spinningowymi przez wędkarzy, rzucanie kotwic przez żeglarzy i penetrowanie dna zbiornika przez nurków może spowodować uszkodzenie (rozszczelnienie) podwodnego kolektora i unieruchomienie działania pompy ciepła oraz skażenie zbiornika wody cieczą roboczą dolnego źródła. Usunięcie uszkodzenia będzie za każdym razem bardzo trudne i kosztowne. Nad kolektorem, dla jego bezpieczeństwa, powinna być wyznaczona strefa ograniczonego dostępu. Nie ma jednak gwarancji, że będzie ona respektowana przez innych użytkowników akwenu.

dr inż. Jan Siedlaczek

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