ogrzewamy.pl > Urządzenia > Pompy ciepła solanka-woda (gruntowe)

Pompy ciepła solanka-woda (gruntowe)


Pompy ciepła pobierające ciepło z gruntu nazywane są „solanka-woda”. W ziemi umieszcza się rury z tworzywa: pionowo lub poziomo, które tworzą tzw. wymiennik gruntowy. „Solanka” (płyn na bazie glikolu) płynąc rurami odbiera ciepło od gruntu i transportuje do pompy ciepła.
Grunt ma równomierną temperaturę w ciągu całego roku. Na głębokości 2 m jego temperatura wynosi od 7 do 13°C, im głębiej tym jest wyższa.

Rozkład temperatur w gruncie

Rozkład temperatur w gruncie

Po odebraniu ciepła z gruntu musi się on zregenerować, czyli ponownie zgromadzić zapas ciepła. Na głębokości do 2 m regeneracja gruntu odbywa się głównie przez promieniowanie słoneczne, opady deszczu itp. Regeneracja gruntu na dużych głębokościach odbywa się głównie ciepłem dopływającym z głębszych warstw Ziemi.
Ciepło z gruntu może być pobierana przez wymiennik poziomy (kolektor gruntowy) lub przez wymiennik pionowy (tzw. sondy gruntowe). Solanka – mieszanina wody i glikolu o temperaturze zamarzania: -15°C, przepływając przez wymiennik gruntowy odbiera od niego ciepło i transportuje do parownika pompy ciepła.
Sondy gruntowe (wymiennik pionowy), rury wprowadzane są pionowo w głąb ziemi, zwykle na głębokość do 100 metrów, czasami jeszcze głębiej. W odwiert wpuszcza się prefabrykowaną sondę, a następnie wolna przestrzeń zasypywana jest materiałem wypełniającym.
Sondy wykonuje się w formie pojedynczej lub podwójnej U-rury (rury PE). Podwójna U-rura jest o tyle pewniejsza, że w przypadku uszkodzenia jednej pętli, nie dyskwalifikuje to całego odwiertu. Przy normalnych warunkach hydrogeologicznych można przyjąć orientacyjną średnią moc jednostkową sondy gruntowej 50 W/m długości sondy.
Odległość pomiędzy sodami gruntowymi nie może być mniejsza niż 6 m.
Najczęściej po wykonaniu pierwszego odwiertu można dokładnie określić rodzaj i strukturę gruntu – na tej podstawie można określić czy obliczeniowa długość sondy będzie wystarczająca, czy też konieczne będzie wykonanie głębszego odwiertu.
Przykład: pompa ciepła o mocy grzewczej 10 kW, przy średniej wydajności 50 W/m długości sondy – dwie sondy gruntowe (dwa odwierty), każda o głębokości 85 m.
Wymiennik pionowy nie zajmuje dużej powierzchni działki, którą można swobodnie zagospodarować. Jego wykonanie jest droższe niż wymiennika poziomego. Ale, z sond pionowych uzyskuje się wyższą temperaturę solanki, co wpływa korzystnie na efektywność pracy pompy ciepła w całym okresie grzewczym.

Sondy gruntowe - schemat pompy ciepła z wymiennikiem pionowym

Sondy gruntowe – schemat pompy ciepła z wymiennikiem pionowym

Kolektor gruntowy (wymiennik poziomy), jest to ułożony na głębokości ok. 1,5 m system rur z tworzyw sztucznych (poniżej strefy przemarzania gruntu). Poszczególne pętle powinny mieć jednakową długość nie przekraczającą 100 m, ponieważ opory przepływu a tym samym potrzebna moc pompy solanki będą zbyt duże. Odstępy pomiędzy pętlami zależą od średnicy przewodów i wynoszą zazwyczaj od 50 do 100 cm.
Z kolektora gruntowego najintensywniej pobierane jest ciepło w okresie zimowym, natomiast regeneruje się on przede wszystkim w okresach cieplejszych, tj. wiosną i latem. Regeneracja gruntu odbywa się dzięki promieniowaniu słonecznemu oraz opadom atmosferycznym, co zapewnia że grunt zakumuluje znowu ciepło na następny sezon grzewczy.
Właściwości akumulacyjne i przewodność cieplna są tym większe im bardziej grunt jest nasycony wodą, im więcej występuje w nim składników mineralnych i im mniejsza jest jego porowatość. Czyli, im grunt jest bardziej nasycony wodą tym lepiej – więcej ciepła możemy z niego pozyskać.
Możliwe do pobrania z gruntu moce jednostkowe mieszczą się w zakresie od ok. 10 do 35 W/m2 powierzchni gruntu (grunt piaszczysty, suchy: 10 do 15 W/m2; piaszczysty, wilgotny: 15 do 20 W/m2; grunt ilasty, suchy: 20 do 25 W/m2; ilasty, wilgotny: 25 do 30 W/m2; grunt wodonośny: 30 do 35 W/m2).

 

Przykład: Pompa ciepła o mocy grzewczej 10 kW, przy średniej wydajności poboru ciepła z gruntu 25 W/m2 – potrzebna powierzchnia gruntu dla ułożenia kolektora gruntowego wyniesie ok. 340 m2.
Wymiennik poziomy jest tańszy od pionowego, ale zajmuje sporą powierzchnię terenu, na której najlepiej posadzić trawę.

Kolektor gruntowy - schemat pompy ciepła z wymiennikiem poziomym

Kolektor gruntowy – schemat pompy ciepła z wymiennikiem poziomym

Kolektor gruntowy – schemat pompy ciepła z wymiennikiem poziomym

 

Zalety Wady
Wysokie wskaźniki efektywności pracy pompy ciepła – COP do ok. 5 Wysoki koszt inwestycji
Niskie koszty ogrzewania Wymiennik gruntowy zajmuje część działki, co trzeba uwzględnić przy jej zagospodarowaniu
Pompa ciepła może być jedynym źródłem ciepła do ogrzewania domu, nawet przy skrajnie niskich temperaturach zewnętrznych
Pompa ciepła ogrzewa budynek, ale może również chłodzić pomieszczenia w lecie

Zobacz również: