Dobór pompy ciepła (3). Woda w dolnym źródle

zobacz artykuł w formie pdf   zobacz pdfa zobacz pdfa

Szacunkowo najmniej popularną grupą pomp ciepła w naszym kraju wśród grzewczych pomp ciepła są urządzenia typu woda/woda. W porównaniu z pompami powietrznymi oraz gruntowymi sprzedaż tego typu urządzeń w roku 2012 szacuje się na poziomie 2-5%. Są to, jak widać, rozwiązania rzadko stosowane, choć układy zbudowane w oparciu o urządzenia woda/woda posiadają najwyższe sprawności.

Skąd te sprzeczności?
Z jakiego więc powodu wynikają takie sprzeczności? Dlaczego urządzenie, które posiada najwyższą sprawność, jest najrzadziej instalowane? Jednym z powodów takiej sytuacji jest aspekt dolnego źródła, którym w układach woda/woda jest złoże wody gruntowej. Wodę gruntową wykorzystuje się w układach składających się z co najmniej dwóch studni: czerpalnej, w której zainstalowana jest pompa głębinowa tłocząca wodę do pompy ciepła, oraz ze studni zrzutowej, gdzie woda po schłodzeniu w parowniku pompy ciepła jest przepompowywana. To właśnie w charakterystyce praPrzemysław Radzikiewiczcy dolnego źródła jest odpowiedź wysokiej sprawności, która w aktualnie dostępnych na rynku urządzeniach wynosi nawet 6,0 (COP) przy W10W35.

Przy głębokości studni od 8 do 10 m dolne źródło (woda gruntowa) jest przystosowane do monowalentnego trybu pracy pompy ciepła, ponieważ cechują go niewielkie średnioroczne wahania temperatury (7-12°C). Dzięki tak niewielkim wahaniom temperatury nawet w okresie zimy sprawność wodnych pomp ciepła jest nadal wysoka, a jej moc grzewcza pozostaje na stałym poziomie.

W przypadku gdy dobierzemy moc grzewczą pompy ciepła na 100% zapotrzebowania na ciepło oraz c.w.u., nie będziemy potrzebowali dodatkowych źródeł ciepła w postaci kotłów grzewczych czy grzałek elektrycznych.
Ze względów ekonomicznych (pobór mocy pompy głębinowej) dla instalacji mniejszej mocy do 30 kW nie powinno się wykonywać studni głębinowych o głębokości większej niż 15 m. Każdorazowo przed przystąpieniem do realizacji inwestycji w oparciu o pompy woda/woda należy zwrócić się do Regionalnego Oddziału Gospodarki Wodnej w celu uzyskania pozwolenia na wykorzystanie wody gruntowej jako dolnego źródła pompy ciepła.
Samo wykonanie dolnego źródła, po uzyskaniu pozwolenia, należy zlecić specjalistycznej firmie studniarskiej, jak również wykonanie projektu, który będzie zawierał planowane głębokości poszczególnych studni, odległość oraz ilość.
Przemysław Radzikiewicz
Zalecenia
Każdorazowo zaleca się wykonanie testu wydajności studni, czyli przez czas 72 godzin należy zmierzyć wydatek złoża przy ciągłej pracy pompy głębinowej. Również każdorazowo należy wykonać analizę fizyko-chemiczną wody. Aby zapobiec korozji systemu dolnego źródła, wartość żelaza nie może przekroczyć wartości < 0,20 mg/l, a wartość manganu 0,10 mg/l. Doświadczenie pokazuje, że zanieczyszczenia o średnicy większej niż 1 mm, szczególnie w przypadku składników organicznych, mogą bardzo szybko doprowadzić do uszkodzeń. Na wejściu dolnego źródła do pompy ciepła należy zainstalować filtr zanieczyszczeń,  który ochroni parownik pompy ciepła przed zanieczyszczeniem i brakiem przepływu. W przypadku niestabilnej temperatury wody oraz jej wydajności należy dodatkowo zainstalować termostat lub czujnik temperatury na zasilaniu dolnego źródła oraz czujnik przepływu, które to w sposób natychmiastowy wymuszą zatrzymanie pracy pompy ciepła w przypadku zakłóceń temperatury lub przepływu. Brak takich zabezpieczeń może doprowadzić do zniszczenia parownika pompy ciepła, a w konsekwencji nawet do jej całkowitego zalania wodą.
Część urządzeń aktualnie dostępnych na naszym rynku jest już fabrycznie wyposażona w parownik ze stali szlachetnej, który może bezpośrednio współpracować z wodą gruntową, jeżeli wartości żelaza i manganu są na dopuszczalnym poziomie, a średnioroczna temperatura wody nie przekracza 13°C. Są to zazwyczaj urządzenia mniejszych mocy do zastosowań głównie w jednorodzinnym budownictwie mieszkaniowym. W przypadku urządzeń większej mocy wykorzystuje się najczęściej pompy ciepła typu solanka/woda z dodatkowym wymiennikiem pośrednim przystosowanym do zastanej jakości wody i mocy pompy ciepła.
O ile w przypadku pierwszego typu urządzeń niedozwolone jest wykorzystanie wód powierzchniowych, a tym bardziej zasolonych, o tyle w układach pomp ciepła z pośrednim wymiennikiem takie realizacje są możliwe. Należy jednak pamiętać o doborze wymiennika do rzeczywistego składu fizyko-chemicznego wody, jej zanieczyszczenia, a także temperatury. W układach pośrednich pomiędzy dodatkowym wymiennikiem pośrednim a parownikiem pompy ciepła stosuje się roztwór glikolu wraz z dodatkową pompą cyrkulacyjną oraz armaturą zabezpieczającą.

Takie układy stosunkowo często wykorzystuje się również do wykorzystania ciepła wody technologicznej. Jest to tak zwane wykorzystanie ciepła odpadowego. Polega to na odzyskiwaniu energii w procesie schładzania technologicznego, i wtórne wykorzystanie energii odpadowej do podgrzewania budynku, technologii lub podgrzewania wody użytkowej. Takie rozwiązania z racji temperatury dolnego źródła mają najczęściej najwyższe sprawności i są niezmiernie korzystne ekonomicznie. Wynika to z faktu, iż koszt wykonania systemu dolnego źródła jest stosunkowo niewielki, gdyż nie musimy wykonywać np. odwiertów, jak to ma miejsce w typowym układzie solanka/woda lub studni głębinowych. Energia ciepła odpadowego jest wykorzystana poprzez układ wymiennika pośredniego i za pośrednictwem roztworu glikolu przekazywana do pompy ciepła. Jednym z ciekawszych rozwiązań tego typu jest wykorzystanie np. energii  ścieków lub nawet wody wodociągowej jako dolnego źródła pompy ciepła.
To właśnie dolne źródło jest główną zaletą pomp ciepła typu woda/woda, a jednocześnie sprawia, iż takie układy, ze względu na stopień skomplikowania i dostępności dolnego źródła, są stosunkowo rzadko wykonywane. Nieczęsto zdarza się, że akurat w miejscu, gdzie inwestycja jest realizowana, znajduje się złoże wody gruntowej o wymaganej wydajności, jakości i na optymalnej głębokości.  Jeżeli natomiast warunki te są spełnione, pompa ciepła typu woda/woda będzie rozwiązaniem najbardziej efektywnym.
Przemysław Radzikiewicz

Rysunek 1. Pompa ciepła solanka/woda w układzie woda/woda z wykorzystaniem (jako dolne źródło) wody technologicznej poprzez pośredni wymiennik ciepła. T – termostat zabezpieczający, FS – czujnik przepływu. (z arch. Glen Dimplex Polska).
Rysunek 2. Schemat wykonania instalacji z pompą ciepła woda/woda wraz ze studniami – czerpalną i chłonną.
Rysunek 3. Ogrzewanie domu jednorodzinnego przez pompę ciepła woda/woda (z arch. Glen Dimplex Polska).

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