Alternatywne rozwiązanie dolnego źródła dla pompy ciepła solanka-woda. Ogrzewanie lodem

zobacz artykuł w formie pdf zobacz pdfa  zobacz pdfa  

Rynek pomp ciepła stale rośnie. Mniej więcej połowa sprzedawanych pomp ciepła to urządzenia typu solanka-woda, a więc bazujące na dolnym źródle w postaci kolektora gruntowego poziomego lub odwiertów pionowych. W obu przypadkach wykorzystywane jest ciepło ziemi. Dobór powierzchni kolektora lub sumarycznej głębokości odwiertów zależny jest od wymaganej ilości energii. W obu przypadkach niedoszacowanie niesie za sobą dość poważne konsekwencje.

ogrzewanie lodem

Prace związane z wykonywaniem kolektora gruntowego podlegają zgłoszeniu organom administracji geologicznej (staroście) przed ich rozpoczęciem. W przypadku odwiertów pionowych dodatkowo prace wiertnicze związane z pozyskaniem ciepła Ziemi wykonywane są na podstawie projektu geologicznego. Odwierty  wykonywane są w oparciu o Ustawę z dnia 4.02.1994 r. „Prawo Geologiczne i Górnicze” (Dz. U. nr 27 poz. 97), z późniejszymi zmianami, tj. wg stanu prawnego na dzień 10 września 2008 r. oraz stosowne przepisy wykonawcze: Rozporządzenie MOŚZNiL z dnia 19.12.2001 r. w sprawie projektów prac geologicznych (Dz. U. nr 153, poz. 1777). Z wykonanych prac, w oparciu o Rozporządzenie z dnia 23.08.2005 r. w sprawie określenia przypadków, w których konieczne jest sporządzenie innej dokumentacji geologicznej (Dz. U. nr 116, poz. 983), sporządzana jest dokumentacja geologiczna w związku z wykorzystaniem ciepła Ziemi, która przekazywana jest organom administracji geologicznej. Potencjalnie mogą mieć zastosowanie również: Ustawa Prawo Wodne, jeżeli w rejonie prac istnieją strefy ochronne ujęć wodnych, a w decyzjach o ich ustanowieniu istnieją zapisy dotyczące prac wiertniczych w ich obrębie, Prawo ochrony środowiska, np. ograniczenie wierceń w obszarach leśnych ze względu na okresy lęgowe, Ustawa o zagospodarowaniu przestrzennym, jeżeli w miejscowym planie zagospodarowania zostały sformułowane ograniczenia.

Dzwon z wodą
Rozwiązaniem alternatywnym jest tzw. zasobnik energii, zwany także zasobnikiem lodu.
Rozwiązanie do pomp ciepła o mocy grzewczej do 17 kW oparte jest o „dzwon” betonowy o objętości około 12 m3, który wypełniony jest wodą wodociągową w ilości 10 m3.
Dzwon montowany jest w gruncie na głębokości około 4 m w odległości nie większej niż 3 m od budynku.

W całej objętości zbiornika zanurzona jest wężownica, którą przepływa czynnik niezamarzający pomiędzy „dzwonem” a pompą ciepła. Woda stanowi więc dolne źródło dla pompy ciepła.

W zmianie temperatury mamy około 116 kWh energii, natomiast dodatkowe 930 kWh w energii przemiany fazowej w lód. Warto przy tej okazji dodać, że zamarzanie wody w „dzwonie” może mieć miejsce, szczególnie w trakcie dłuższego okresu występowania niskich temperatur zewnętrznych. W trakcie zamarzania lód tworzy się równomierną warstwą wokół wężownicy, a wzrost powierzchni lodu kompensuje coraz gorszą skuteczność przekazywania ciepła.

Tak na marginesie: współczynnik przekazywania ciepła wody wynosi 0,6 W/(m * K),
natomiast lodu – prawie 4 razy więcej: 2,33 W/(m * K).
Nie ma jednak co porównywać z metalami, np. miedź 394, a srebro nawet 429 W/(m * K).

Uzupełnienie instalacji
Woda w „dzwonie” nie może stanowić jedynego źródła energii dla pompy ciepła i konieczne jest uzupełnienie instalacji.

To dodatkowe, a tak naprawdę podstawowe, źródło energii stanowią tzw. kolektory powietrzne.
Ich konstrukcja nie jest niczym nowym, a pierwsze schematy z ich wykorzystaniem pochodzą z 1978 roku.

Kolektory powietrzne wykorzystują energię zarówno promieniowania słonecznego, jak i powietrza. Nie posiadają one przykrycia, jak to jest w przypadku klasycznych kolektorów słonecznych, a ich budowa może być w niektórych przypadkach bardzo toporna, np. rozwinięta rura PE na dachu stanowi w gruncie rzeczy kolektor powietrzny. Zestaw oferowany w pakietach z „zasobnikiem lodu” posiada powierzchnię około 12 m2 brutto i charakteryzuje się współczynnikiem mocy o wartości 0,16 kW/K („czysta” konwekcja) dla prędkości wiatru 1,5 m/s. Przez kolektor przepływa ten sam czynnik niezamarzający co przez pompę ciepła, a maksymalna osiągana temperatura nie przekracza 60°C (maksymalna temperatura postojowa).

Do współpracy z tak wykonanym dolnym źródłem ciepła dedykowane są pompy ciepła wyposażone w elektroniczne zawory rozprężne, które w znacznie lepszy sposób radzą sobie ze zmianami temperatury w dolnym źródle ciepła i zapewniają wysokie efektywności pracy pompy ciepła. Automatyka pompy ciepła powinna posiadać funkcję chłodzenia instalacji. Trzeba pamiętać, że lodowa woda na koniec sezonu grzewczego stanowi idealne źródło chłodu na gorące letnie dni. Zasobnik lodu spełnia zatem podwójne zadanie.

Wykorzystanie energii

ogrzewanie lodem

Analiza pracującej od ponad roku instalacji z zasobnikiem lodu o pojemności 170 m3 i pompą ciepła o mocy grzewczej 120 kW pokazuje, że energia uzyskiwana z kolektora powietrznego stanowi większość wykorzystywanej energii (wykresy).

Zasobnik lodu może stanowić bardzo dobrą alternatywę dla klasycznych dolnych źródeł ciepła przeznaczonych do pomp ciepła typu solanka-woda. Prace montażowe są mniej kłopotliwe, w zdecydowanie mniejszym stopniu dewastują otoczenie domu, a dodatkowo nie wymagają projektu prac geologicznych. Rynek niemiecki od pewnego czasu stosuje i rozwija tę technologię.
Przyczyną są coraz większe problemy formalne związane z wykonywaniem odwiertów, a także ich późniejszą eksploatacją. Jest więc kwestią czasu, zanim rozwiązanie z „zasobnikiem lodu” stanie się popularne w Polsce. Firmy wiertnicze powinny zatem poważnie rozważyć wprowadzenie takich innowacji do swojej oferty.

ogrzewanie lodem

Dawid Pantera

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