Sprawność energetyczna pompy ciepła z dolnym źródłem w postaci sondy pionowej zależy w znacznym stopniu od wypełnienia otworu sondy; w tym zarówno od rodzaju materiału wypełniającego, jak i od sposobu wypełnienia. Ten ważny etap prac ziemnych nie zawsze jest dostatecznie doceniany i nie zawsze jest realizowany właściwie.

Sonda pionowa, jako dolne źródło pompy ciepła, ma decydujący wpływ na ilość uzyskiwanego ciepła i w efekcie na wydajność energetyczną całej instalacji ogrzewczej. Ilość uzyskiwanego ciepła będzie zależeć nie tylko od głębokości sond pionowych i ich ilości, ale w znacznym stopniu od przepływu ciepła z gruntu (górotworu) do czynnika roboczego instalacji hydraulicznej sondy.

O przepływie ciepła decyduje wypełnienie odwiertu sondy odpowiednim materiałem i w odpowiedni sposób. Właściwe wypełnienie odwiertu ma wpływ również na przyszłe koszty eksploatacji pompy ciepła, które zwykle mamy na względzie przy decydowaniu się na taką inwestycję. Dlatego ten etap prac wymaga szczególnej staranności wykonania. Dla przyszłych korzyści (oszczędności) nie można oszczędzać na kosztach materiałowych i wykonawczych, które i tak nie są wielkie w porównaniu do kosztów całej inwestycji.

Punkt startowy

Punktem wyjścia prac geologicznych, jakim jest wykonanie odwiertu dolnego źródła pompy ciepła, powinien być projekt geologiczny. Przedsięwzięcia związane z projektowaniem i instalacją pomp ciepła są uregulowane w następujących aktach prawnych: prawo geologiczne i górnicze, prawo wodne, prawo ochrony środowiska, prawo budowlane i ustawa o planowaniu i zagospodarowaniu przestrzennym.

Do najważniejszych należą:

* ustawa Prawo Geologiczne i Górnicze z dnia 9 czerwca 2011 r. (Dz. U. 2011 nr 163 poz. 981),

* Rozporządzenie Ministra Środowiska w sprawie prac geologicznych z dnia 19.12.2001 r. (Dz. U. nr 153, poz. 1777),

* ustawa z dnia 18 lipca 2001 r. Prawo wodne (Dz. U. 2001 nr 115 poz. 1229).

Projekt powinien zawierać tzw. profil geologiczny gruntu, uzyskany na podstawie map geologicznych lub odwiertu kontrolnego. Na profil geologiczny składają się różne warstwy w zależności od położenia w terenie. Najczęściej spotyka się pod warstwą gleby m.in. piaski, żwiry, gliny zwałowe, iły, mułki, węgiel brunatny, skały wapienne i warstwy wodonośne. Ocenie podlega również wilgotność wydobywanego urobku odwiertu – zarówno dla oszacowania wydajności cieplnej, jak i jego wypełnienia. Odwiert kontrolny wykonywany jest zwykle przy większych inwestycjach.

Od profilu geologicznego, składu i wilgotności zależeć będzie w dalszej kolejności wypełnienie odwiertu. Projekt powinien określić warunki, jakie ma spełnić materiał wypełniający odwiert i podać sposób jego doprowadzenia do odwiertu, ze szczególnym uwzględnieniem warstw wodonośnych. Te prace mają zasadnicze znaczenie dla odpowiedniej wydajności cieplnej i bezpieczeństwa dolnego źródła oraz środowiska naturalnego.

W naszym prawie nie ma odnośnego dokumentu określającego warunki, jakie powinien spełniać materiał wypełniający odwiert dolnego źródła. Możemy posłużyć się wytycznymi Stowarzyszenia Inżynierów Niemieckich (VDI) zawartymi w arkuszu VDI 4640 cz. 2, w których znajdują się m.in. wymagania dot. materiałów używanych do wypełnienia odwiertów sond pionowych.

Podstawowym zadaniem materiału wypełniającego odwiert jest dobre połączenie termiczne instalacji hydraulicznej dolnego źródła z gruntem (górotworem), zapewniające sprawny przepływ ciepła do obiegu pompy. Właściwy efekt uzyskuje się, stosując materiał o odpowiednich właściwościach termicznych [współczynnik przewodzenia ciepła rzędu 2 W/(m * K)] i taki sposób wprowadzenia go do odwiertu, by zapewnić całkowite wypełnienie odwiertu.

Wypełnienie zawiesiną

Najskuteczniejszym sposobem gwarantującym całkowite wypełnienie odwiertu jest wprowadzanie materiału w postaci półplastycznej zawiesiny wodnej od dołu otworu. Stosuje się do tego specjalną pompę i przewód wprowadzony do samego dołu odwiertu. Przewód w miarę wypełniania odwiertu wyciąga się sukcesywnie aż do całkowitego wyjęcia.

Ten sposób wypełnienia wymaga zastosowania specjalnego materiału wypełniającego. Takie materiały są powszechnie stosowane w krajach Europy Zachodniej, ale też w Czechach i Słowacji. Na naszym rynku dostępne są również, chociaż w mniejszym asortymencie. Produkowane są w postaci suchej masy, podobnej w wyglądzie do cementu lub szarego gipsu. Bezpośrednio przed użyciem tworzy się z nich mieszaninę wodną według określonej procedury podanej przez producenta w postaci krótkiej instrukcji. Stężenie mieszaniny powinno być uzależnione od warunków geologicznych odwiertu i twardości wody użytej do wykonania mieszaniny.

Zastosowanie takiego materiału ma wiele zalet. Gwarantuje odpowiednie właściwości eksploatacyjne i utrzymanie skutecznego termicznego połączenia dolnego źródła z gruntem. Masy te twardnieją odpowiednio szybko, ale nie wysychają, dzięki czemu nie zmienia się ich współczynnik przewodzenia ciepła, nie kurczą się i nie pękają, nie powstają szczeliny i pustki, w efekcie czego nie zmienia się ich skuteczność przenikania ciepła.

Inną ważną zaletą tych materiałów jest trwała izolacja i separacja warstw wodonośnych dzięki niskiej przepuszczalności wody oraz odporności na wymywanie i migrację ich masy do wód gruntowych.

Przed dopuszczeniem do obrotu handlowego materiały te są badane przez odpowiednie instytuty i laboratoria na okoliczność ich szkodliwości na środowisko naturalne. Muszą spełniać dyrektywę UE 2003/53/WE, która odnosi się do ograniczeń przy wprowadzaniu do obrotu i stosowaniu niektórych substancji i preparatów niebezpiecznych.

Jak w każdym przypadku, tak i tu możemy mieć do czynienia z wieloma różnymi odmianami materiałów dedykowanych do wypełnienia odwiertów pod dolne źródła pomp ciepła. Dlatego przez ostatecznym zakupem należy zasięgnąć opinii specjalisty i zapoznać się z właściwościami materiałów. Mogą się one różnić współczynnikiem przewodzenia ciepła w znacznym zakresie, nawet od 0,5 do powyżej 2 W/(m * K). Im wyższy współczynnik, tym lepszy materiał. Jednocześnie będą też one różnić się ceną. Tańszy będzie z pewnością charakteryzował się gorszymi właściwościami termicznymi, co może w efekcie oznaczać wyższe i nieopłacalne koszty w okresie eksploatacji.

Z pewnym niepokojem należy przyjąć fakt, że producenci i dystrybutorzy pomp ciepła w naszym kraju nie interesują się problematyką dolnych źródeł, a sondami pionowymi w szczególności. Nie podają w swoich materiałach informacyjnych żadnych wymagań czy chociażby wskazówek i najważniejszych informacji dotyczących wykonania dolnych źródeł, które docierałyby do przyszłych użytkowników pomp ciepła. W żadnej z markowych firm grzewczych nie można było dowiedzieć się od doradców technicznych, jak i czym powinien być wypełniony odwiert sondy pionowej.

Błędne wypełnienie

Złe działanie dolnego źródła w postaci pionowej sondy, na skutek wadliwego wypełnienia, użytkownik będzie niesłusznie przypisywał złemu działaniu pompy. W interesie więc użytkownika i dostawcy pompy ciepła powinna leżeć troska dostawcy o posiadanie i przekazywanie odpowiednich informacji, zarówno przyszłemu użytkownikowi, jak i wykonawcom dolnych źródeł. Może nawet powinny być tu sformułowane pewne wymagania dostawcy, od których uzależnione byłyby warunki gwarancji na pompę ciepła.

W wielu przypadkach stosuje się praktykę wypełniania odwiertów pionowych, która jest zaprzeczeniem wszystkich wyżej podanych zasad. Wypełnia się bowiem odwiert urobkiem wydobytym podczas wiercenia, wsypując go od góry. Taki sposób nie zapewnia dobrego wypełnienia odwiertu, dobrego przenikania ciepła z gruntu do obiegu pompy ciepła, odpowiedniej separacji i izolacji warstw wodonośnych.

Jako usprawiedliwienie takiego sposobu wypełnienia odwiertów wykonawcy powołują się na zjawisko zaciskania się z czasem otworów na skutek panującego ciśnienia w głębi ziemi. Takie zjawisko w istocie występuje, ale nie mamy nad nim żadnej kontroli i nie wiadomo, czy i kiedy nastąpi całkowite i skuteczne pod każdym względem wypełnienie odwiertu. Nie ma też pewności, że w ten sposób zostaną uszczelnione warstwy wodonośne i nie będzie zachodzić mieszanie się wód podziemnych.

dr inż. Jan Siedlaczek

Rys. Najważniejsze cechy prawidłowo wypełnionego odwiertu pionowego dolnego źródła pompy ciepła (z archiwum firmy Aspol-FV).

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