Brak lub zła regulacja dolnego źródła ciepła często oznaczają spadek sprawności całego systemu, a w najgorszym przypadku uniemożliwiają korzystanie z niego, ponieważ temperatura zasilania pompy ciepła jest zbyt niska.

Istotnym elementem podczas eksploatacji dolnego źródła ciepła jest regulacja przepływu nośnika ciepła w gruntowych pionowych wymiennikach ciepła.

Regulacja dolnego źródła – ważne opory

Długość pionowego gruntowego wymiennika ciepła to pionowy odcinek wymiennika i poziome przyłącza do budynku lub studzienki zbiorczej. Wykonując otwory o tej samej głębokości, uzyskujemy różne długości wymienników. Wiąże się to z różnymi oporami przepływów występującymi w poszczególnych wymiennikach.

Różnice te powodują większy przepływ przez wymienniki o krótszej długości, a tym samym ich większą eksploatację. Prowadzi to do szybszego wychłodzenia części źródła i niewykorzystania potencjału pozostałej części górotworu.

W związku z powyższym dolne źródło należy wyregulować podczas uruchomienia systemu i w zależności od intensywności jego eksploatacji regulację najlepiej powtórzyć, np. po miesiącu pracy.

Spadki temperatur

Brak lub zła regulacja dolnego źródła ciepła często oznaczają spadek sprawności całego systemu, a w najgorszym przypadku uniemożliwiają korzystanie z niego, ponieważ temperatura zasilania pompy ciepła jest zbyt niska.

Użytkownik pompy ciepła może przypuszczać, że dolne źródło zostało źle wyregulowane, jeżeli temperatura zasilania pompy ciepła, po krótkim okresie jej eksploatacji, gwałtownie spadła. Źródło, którego moc została niedowymiarowana jest w stanie poprawnie funkcjonować przez kilka lat.

Natomiast w przypadku złej regulacji, gdy przepływ nośnika ciepła odbywa się przez zaledwie kilkadziesiąt procent wymienników całego układu, znaczący spadek temperatury widoczny będzie już w pierwszym roku eksploatacji.

Regulacja dolnego źródła na dwa sposoby

Przepływ nośnika ciepła w wymienniku można wyregulować na dwa sposoby. Najbardziej popularną metodą jest regulacja dolnego źródła w zależności od natężenia przepływu nośnika ciepła. Wykonuje się ją przy pomocy przepływomierzy zamontowanych na rozdzielaczu w studni zbiorczej lub w budynku.

Skuteczną metodą jest regulacja termiczna wymienników. Regulację tę można przeprowadzić za pomocą kamery termowizyjnej lub pomiaru temperatury poprzez czujniki umieszczone na każdej z pętli wymiennika (fot. 1 – przed regulacją, fot. 2 – po regulacji).

Regulacja-dolnego-zrodla-pompa-ciepla-fot.1
Regulacja termiczna wymienników przeprowadzona za pomocą kamery termowizyjnej – przed regulacją.
Regulacja-dolnego-zrodla-pompa-ciepla-fot-2
Regulacja termiczna wymienników przeprowadzona za pomocą kamery termowizyjnej – po regulacji.

Równa temperatura powrotu

Ustawienie równych przepływów nośnika ciepła w wymiennikach, które mają różną długość powoduje szybszą eksploatację (spadek temperatury) w wymiennikach krótszych. Natomiast ustawienie przepływu nośnika ciepła tak, aby na wszystkich wymiennikach była równa temperatura powrotu z dolnego źródła oznacza równomierną eksploatację wszystkich wymienników. Tym samym wykorzystujemy cały potencjał górotworu poprzez jego równomierną eksploatację.

UTES Monitoring System

Regulację termiczną możemy wykonać, a następnie obserwować za pomocą systemu monitorowania temperatury dolnego źródła ciepła. System ten rejestruje i archiwizuje w sposób ciągły temperatury powrotu i zasilania wszystkich wymienników dzięki czujnikom umieszczonym na belce rozdzielacza . Dzięki archiwizacji danych możliwe jest porównanie aktualnej temperatury wymiennika ciepła z temperaturą w analogicznym okresie lat poprzednich.

Regulacja-dolnego-zrodla-pompa-ciepla-wykres
Wykres z eksploatacji dolnego źródła

Analizując wykresy z eksploatacji dolnego źródła możliwe jest zweryfikowanie i zoptymalizowanie ustawień pracy pompy ciepła. Posiadając podgląd temperatur wszystkich wymienników w prosty sposób można wyregulować wymienniki o różnej długości. Monitoring dedykowany jest do nowo projektowanych instalacji gruntowych, jednak można zmodernizować istniejący już system.

Korzystając z monitoringu (fot. 3) możliwe jest stwierdzenie w czasie rzeczywistym, który z wymienników charakteryzuje się odmienną temperaturą powrotu.

Przyczyny

Przyczyn może być wiele w przypadku słabej jakości wykonania dolnego źródła:

  • Ułożenie rur odcinków poziomych w nieodpowiedni sposób, może spowodować zapowietrzenie wymiennika. Mała pompa obiegowa dolnego źródła ciepła, która dobierana jest tak, aby zniwelować koszty eksploatacji, może w danym przypadku nie być w stanie przetłoczyć nośnik ciepła.
  • Całkowite zgniecenie wymiennika ciepła podczas jego montażu uniemożliwi przepływ nośnika ciepła. W danym przypadku temperatura zasilania i powrotu na badanym odcinku rury znajdującej się w studni rozdzielaczowej lub budynku, będzie zbliżona do temperatury otoczenia. Znaczące zgniecenie wymiennika ciepła, spowoduje wzrost oporu przepływu i spadek przepływu nośnika ciepła. W tym przypadku delta temperatur zasilania i powrotu, będzie znacznie większa od delty temperatur pozostałych wymienników.
  • Niedokładne wymieszanie glikolu propylenowego z wodą przed napełnieniem instalacji może skutkować tym, że poszczególne wymienniki układu charakteryzować się będą inną gęstością roztworu. Przepływ w wymiennikach o największym stężeniu glikolu, może w danym przypadku zmniejszyć się do minimum.
  • Brak wypełnienia zaczynem cementacyjnym o wysokiej przewodności cieplnej może spowodować to, że część rury wymiennika nie zetknie się z górotworem. Powietrze występujące pomiędzy górotworem, a rurą będzie naturalnym izolatorem. Uniemożliwi to wymianę ciepła. W tym przypadku delta temperatury zasilania i powrotu danego wymiennika będzie niewielka.

Ważne projektowanie

Różnice oporów przepływu można zniwelować na etapie projektowania. Znając usytuowanie wymienników względem studni zbiorczej lub budynku można zaprojektować otwory o różnych głębokościach. Położone dalej otwory wykonuje się z mniejszą głębokością tak, aby długość poszczególnych pętli wymienników była równa.

Jeżeli zagospodarowanie terenu na to pozwala najlepiej jest umieścić studnię zbiorczą w centralnej części otworów. W takim przypadku część otworów wykonuje się z powtarzalną głębokością.

Regulacja-dolnego-zrodla-pompa-ciepla

Przy niewielkich różnicach oporu na poszczególnych pętlach dolnego źródła ciepła, nośnik ciepła jakim jest glikol propylenowy reguluje przepływ w sposób naturalny. Glikol propylenowy w wymienniku, który w danym momencie jest bardziej eksploatowany, czyli wychładzany zwiększa swą gęstość co powoduje zwiększenie oporów przepływu, a tym samym zmniejszenie eksploatacji danej pętli.

Układ gruntowych wymienników ciepła wypełniony roztworem glikolu propylenowego przed uruchomieniem pracy systemu i regulacją powinien być poddany zwiększonemu przepływowi w celu ujednorodnienia roztworu glikolu i odpowietrzenia całego układu.

W układzie Tichelmann’a

Innym sposobem zapewnienia prawidłowej pracy dolnego źródła pompy ciepła jest połączenie wymienników w układzie Tichelmann’a. Układ ten charakteryzuje się równym oporem hydraulicznym wszystkich wymienników co skutkuje zbliżoną wartością przepływu we wszystkich pętlach. Jest to dobre rozwiązanie przy mniejszych inwestycjach.

Przy takim podłączeniu instalacji nie mamy zaworów odcinających, zaworów regulujących, brak również studni zbiorczej. Do budynku doprowadzona jest jedynie rura zbiorcza zasilająca i powrotna pompy ciepła. Warunkiem dobrego funkcjonowania takiego układu są równe głębokości wymienników. Przed połączeniem wymienników należy sprawdzić czy opory przepływu każdego z nich są równe.

W przypadku dużej liczby otworów minusem jest to, że nie ma możliwości odcięcia poszczególnych pętli wymiennika. Jeżeli jeden wymiennik zostaje uszkodzony to cały układ przestaje być szczelny. Utrudniona w takim przypadku jest również lokalizacja potencjalnie uszkodzonego wymiennika.

Daniel Skowroński

Zdjęcia z archiwum firmy Sator.

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