Jaka jest budowa dolnych źródeł typu gruntowego?
Pierwsza możliwość to kolektor poziomy, czyli wężownica albo system połączonych ze sobą kilku wężownic, które wykonuje się z rur z tworzyw sztucznych, zakopanych na głębokość ok. 20 cm poniżej strefy przemarzania, a więc w warunkach polskich na głębokości od 1,5 do 2 m. Rury te wypełnione są płynem niezamarzającym, nazywanym zwyczajowo „solanką”, chociaż w rzeczywistości obecnie stosuje się przeważnie wodny roztwór glikolu. Płyn ten, krążąc w rurach, odbiera od gruntu ciepło, które następnie w odpowiednim wymienniku przekazuje pompie. Na tej samej zasadzie działa pionowy kolektor gruntowy, jednak w tym przypadku rur nie umieszcza się w powierzchniowej warstwie gruntu, lecz w kilku pionowych odwiertach o głębokości od 50 do nawet 130 m.
Poszczególne sekcje kolektora, czy to poziomego, czy to pionowego, łączy się ze sobą w studzience (studzienkach), z której dwa przewody prowadzone są do wymiennika pompy ciepła. W obu wariantach, zamiast płynu niezamarzającego, w rurach kolektora (który w tym przypadku musi być wykonany znacznie staranniej) krążyć może nie płyn niezamarzający, ale czynnik roboczy pierwszego (od strony źródła) obiegu pompy ciepła. Kolektor tego rodzaju, nazywany kolektorem z bezpośrednim odparowaniem, pełni w takiej instalacji rolę parownika pompy ciepła, co poprawia jej sprawność energetyczną.
Alternatywne rodzaje dolnego źródła, takie jak zespół studni lub kolektor na dnie zbiornika wodnego, uważane są za rozwiązania lepsze pod względem energetycznym. Dlaczego korzysta się z nich tak rzadko?
Wodne kolektory poziome ułożone na dnie stawu czy rzeki mają większą wydajność z tego prostego powodu, że woda jest o wiele lepszym nośnikiem (akumulatorem) ciepła niż grunt, a ponadto w zbiorniku wodnym nieustannie dochodzi do konwekcji – przemieszczania się wody spowodowanego różnicami temperatury (podczas gdy wychłodzony grunt przy rurze kolektora gruntowego nie zamieni się miejscami z warstwą ziemi położoną o metr głębiej). Niestety – posiadanie na własnej posesji zbiornika wodnego, cechującego się powierzchnią i głębokością kwalifikującymi go do wykonania kolektora dla pompy ciepła, jest w Polsce rzadkością.
Łatwiej już chyba o działkę w rejonie pozwalającym na wykonanie dolnego źródła w formie dwóch studni – czerpalnej i zrzutowej, chociaż oczywiście nie wszędzie są odpowiednio duże zasoby wód podziemnych. W tym przypadku dochodzi jeszcze problem związany z uzyskaniem zezwolenia wodno-prawnego (jest ono konieczne w wypadku korzystania ze studni „w celach energetycznych”), ale z tym można sobie poradzić stosunkowo łatwo. Gorzej, że źródło tego rodzaju jest często bardzo kłopotliwe w eksploatacji ze względu na obecność w wodzie związków mineralnych zawierających np. żelazo, mangan i wapń, co prowadzi do błyskawicznego zamulania wymiennika ciepła w pompie, ewentualnych filtrów, a nawet samych przewodów wodnych.
Można ratować się montując dodatkowy wymiennik ciepła na drodze między źródłem a pompą, który dobiera się przede wszystkim pod kątem łatwego oczyszczania z osadów. Jednak taki wymiennik wprowadza dodatkowe straty energii, a o spokojnej, niezakłóconej eksploatacji pompy i tak nie ma mowy. Tak więc w praktyce po ciepło z wód podziemnych, choć w teorii jest to rozwiązanie bardzo atrakcyjne, sięga się stosunkowo rzadko. Kolektor gruntowy, jeśli tylko jest porządnie wykonany, zapewnia większą trwałość inwestycji – nie grozi mu zamarznięcie podczas mrozów ani wyschnięcie w okresie suszy, gwarantuje też niezakłóconą eksploatację wymiennika pompy.
Adam Jamiołkowski
fot. Vaillant
