Pompa ciepła. Wybór dolnego źródła

Dlaczego potrzebne jest dolne źródło?

Pompa ciepła to jedynie „pas transmisyjny” umożliwiający przepływ energii z otoczenia – nazywanego „źródłem dolnym”, do instalacji grzewczej budynku, nazywanej „źródłem górnym”. Sama pompa – w odróżnieniu od kotła grzewczego – nie wytwarza ciepła. Bez źródła dolnego i oczywiście odpowiedniej instalacji umożliwiającej „wyciągnięcie” z niego ciepła, pompa jest bezużyteczna, bo po prostu nie grzeje.

 

To podstawowa różnica w porównaniu z klasyczną instalacją grzewczą, w której nie ma źródła dolnego, a energię dostarcza spalane w kotle paliwo.

Co może być dolnym źródłem?

Teoretycznie wszystko, z czego możemy odebrać ciepło, w praktyce jednak dominują trzy rozwiązania:

 

grunt;
woda podziemna lub powierzchniowa (np. staw);
powietrze zewnętrzne, rzadziej powietrze wentylacyjne (zużyte) usuwane z budynku.

Jak odbiera się ciepło ze źródła dolnego?

Gruntowy kolektor poziomy to zakopane na głębokości 1–2 m wężownice z rur wypełnionych płynem niezamarzającym, popularnie nazywanym „solanką”, choć w rzeczywistości to wodny roztwór glikolu etylowego lub propylowego. Płyn ten, krążąc w rurach odbiera ciepło z gruntu, a następnie przez wymiennik ciepła przekazuje je pompie ciepła. Wówczas ochłodzony ponownie ociepla się kosztem gruntu i cykl się powtarza.

 

Kolektory pionowe to także rury wypełnione płynem niezamarzającym, ale umieszczone w pionowych odwiertach głębokich na kilkadziesiąt metrów.

 

Kolektor ziemny w systemie z bezpośrednim odparowaniem to ułożone w gruncie rury, w których zamiast solanki krąży „czynnik roboczy” pompy ciepła. Rurociąg pełni funkcję parownika, eliminujemy w ten sposób jeden wymiennik ciepła (pomiędzy solanką a czynnikiem roboczym pompy), dzięki czemu wzrasta sprawność energetyczna układu (rośnie COP).

 

Dwie studnie – czerpna oraz zrzutowa są potrzebne, gdy wykorzystujemy wody podziemne. Temperatura wody podziemnej wynosi zwykle ok. 10°C, ponadto woda jest bardzo dobrym nośnikiem ciepła (z niewielkiej jej objętości odbieramy dużo energii). Z pierwszej studni (czerpnej) zasysamy wodę, przepływa ona przez wymiennik pompy ciepła i ochłodzona trafia do studni zrzutowej. Bardzo często jednak wykorzystanie wód gruntowych jest trudne ze względu na dużą zawartość żelaza i manganu, które zatykają filtry i wymiennik pompy ciepła.

 

Kolektory poziome na dnie zbiornika wodnego (stawu, rzeki) działają analogicznie do gruntowych kolektorów poziomych, ale woda jest znacznie lepszym nośnikiem ciepła niż grunt. Dlatego to rozwiązanie jest znacznie wydajniejsze pod względem energetycznym, a długość pętli kolektora może być kilkakrotnie mniejsza.

 

Wymiennik odbierający ciepło z powietrza współpracuje z tzw. powietrzną pompą ciepła. W tym przypadku instalacja ogranicza się do wymiennika oraz wentylatorów wymuszających ruch powietrza (nawet kilka tysięcy m3/h).

 

Cały czas trzeba pamiętać, że instalacja po stronie źródła dolnego jest tylko wymiennikiem, a nie źródłem ciepła. Dlatego np. gęstsze ułożenie rur kolektora poziomego na tej samej powierzchni nie zwiększy ilości uzyskiwanego ciepła. O tym decydują parametry i wielkość źródła.

 

Jarosław Antkiewicz

Ciąg dalszy artykułu w wydaniu papierowym miesięcznika Budujemy Dom 3/2012