Jaki wymiennik w pompie ciepła gruntowej - kolektor pionowy czy poziomy?

Bez niego żadna pompa gruntowa nie ruszy. To pierwsze ogniwo, które odpowiada za pobór energii geotermalnej, czyli tej z ziemi. Co wybrać - kolektor pionowy czy poziomy? Decyzja jest w miarę prosta, jeśli zna się potrzeby obu urządzeń. Zobacz, czym różnią się te wymienniki i w jaki sposób czerpią ciepło z dolnego źródła.

Jak działa kolektor gruntowy?

Wymiennik ciepła to rura w ziemi, w której krąży płyn niezamarzający - np. wodny roztwór glikolu, choć popularna jest także solanka - zwykła woda. Urządzenia te dobiera się, mając na uwadze takie czynniki, jak:

powierzchnia działki,
rodzaj gleby, w tym przewodność i pojemność cieplna gruntu,
budowa geologiczna terenu,
możliwości finansowe inwestora.

Gruntowe pompy ciepła radzą sobie na każdym terenie - wystarczy dobrać odpowiedni rodzaj do typu gleby. Sprawdź teraz, które kolektory lepiej spełnią swoje zadanie na Twojej posesji.

Kolektory pionowe w gruntowej pompie ciepła

Pionowe wymienniki zajmują mało miejsca, dzięki czemu sprawdzą się na niewielkiej przestrzeni. Teren, na którym się znajdują, można utwardzić i zabudować. Montaż możliwy jest na już zagospodarowanej działce, ale należy pamiętać, że do prac wiertniczych potrzebny jest ciężki sprzęt, który wjedzie na posesję. Po odwiertach trzeba również posprzątać, pozbyć się nadmiaru ziemi i błota.

Montaż pionowych sond

Rury wymiennika znajdują się w głębokich odwiertach, których głębokość zależy od rodzaju gleby i budowy geologicznej terenu. Im niżej, tym temperatura ulega mniejszym wahaniom. Wraz z oddalaniem się od powierzchni ziemi maleje też dopływ słońca i warunki stabilizują się. Już na 10 m mamy do czynienia ze stałą temperaturą gruntu na poziomie 10°C. Im niżej, tym temperatura rośnie i na poziomie 100 m osiąga 13°C.

Stabilna temperatura z wnętrza ziemi zapewnia pompie ciepła efektywną pracę. W dodatku im głębiej wiercisz, tym większa szansa, że natrafisz na warstwy zawodnione, które uzupełnią ciepło pochodzące z gruntu.

Ma to jednak swoją cenę - im trudniejszy grunt (skalisty, kamienisty) na Twojej działce, tym więcej zapłacisz. Ponadto wraz z głębokością zwiększa się opór przepływu czynnika termicznego i pompa obiegowa potrzebuje więcej prądu do jego obsługi.

Formalności - kiedy potrzebujesz pozwolenia na kolektory pionowe?

Potrzebujesz również pozwolenia na prace geologiczne i projektu, jeśli otwory pod wymienniki znajdować się poniżej 30 m pod powierzchnią ziemi. Żeby rozpoznać dokładnie budowę działki, warto zdecydować się na geologiczne badanie gruntu - dzięki temu unikniesz niespodzianek podczas prac wiertniczych.

Zalety:

wysoka efektywność energetyczna,
chłodzenie pasywne latem,
montaż na małej powierzchni,
instalacja na już zagospodarowanym terenie,
wydajne na piaszczystych terenach,
obszar nad wymiennkami można urządzić: zabudować, utwardzić, założyć ogród.
gwarantują korzystniejszy COP - współczynnik mówiący, ile zostało wykorzystanego ciepła w stosunku do zużycia energii elektrycznej.

Wady:

wysoki koszt,
konieczny projekt geologiczny przy odwiertach powyżej 30 m głębokości,
utrudniony montaż na działkach o skalistej budowie.

Kolektory poziome - wygodny montaż bez wiercenia

Wymienniki ciepła tego rodzaju montuje się już na głębokości 80 do 120 cm do maksymalnie 2 m pod ziemią (0,2-0,5 m poniżej głębokości przemarzania). Odczuwają wahania ciepła i pracują ze zmienną wydajnością. Im płyciej, tym ziemia jest coraz mniej nagrzana ciepłem płynącym z jej wnętrza, a bardziej narażona na działanie czynników zewnętrznych: mrozu, słońca, wiatru, deszczu. Temperatura gruntu waha się między ok. 17°C latem i 5°C zimą. Stąd też za temperaturę roboczą dla tych urządzeń uważa się 0 stopni.

Jaka jest stabilność pracy?

Płytkie położenie sprawia, że energia geotermalna nie ma aż tak dużego znaczenia jak w przypadku sond. Źródło dolne dla poboru ciepła stanowią także słońce i wody opadowe. Żeby pompa pracowała najefektywniej, obszar przy domu musi mieć odkrytą powierzchnię. Dotyczy to nie tylko stawiania konstrukcji architektonicznych, ale i sadzenia roślin - ich cień utrudni pobór energii, a korzenie zabiorą wodę.

Czy kolektory poziome sprawdzą się na każdej działce?

System rur potrzebuje co najmniej 100 m2 wolnej przestrzeni, dlatego przyjmuje się, że powierzchnia gruntu ma być 1,2-1,8 razy większa niż ogrzewana powierzchnia budynku. Najlepiej zdecydować się na to rozwiązanie, kiedy dopiero zbudowałeś dom i jeszcze nie zagospodarowałeś terenu wokół.

Prace montażowe przebiegają łatwo i bez wierceń: koparko-spycharka po prostu odsłania teren, na którym kładzie się wymienniki.

Zalety:

montaż na obszarach o trudnej budowie geologicznej,
mniej inwazyjne prace niż w przypadku sond,
tańsze niż sondy.

Wady:

konieczna duża niezagospodarowana działka,
wydajność uzależniona od czynników zewnętrznych (ilości słońca, wód opadowych, mrozu i zimnego wiatru),
nieefektywna klimatyzacja latem,
montaż uzależniony od podziemnych instalacji, wód powierzchniowych i ukształtowania terenu.

Kolektory ziemne z bezpośrednim odparowaniem - czym się różnią od standardowych?

W urządzeniach tych krąży czynnik roboczy pompy, a nie glikol czy solanka. Odbierają ciepło z ziemi i jednocześnie pełnią funkcję parownika pompy gruntowej. Nie potrzebujesz więc osobnego wymiennika płytowego i pompy obiegu, a brak tych elementów podwyższa efektywność energetyczną pompy.

Kosztują więcej niż klasyczne wymienniki, bo powstają z rur miedzianych osłoniętych tworzywem sztucznym, które zabezpieczają drogi czynnik chłodniczy. Ich dużym plusem jest jednak to, że zwiększają wydajność układu grzewczego, pozwalają zredukować rozmiary kolektora poziomego, głębokość odwiertów i koszty ogrzewania domu.

Wymiennik poziomy czy pionowy - uwzględnij wielkość działki i rodzaj gruntu

Sondy pionowe sprawdzą się nawet na niewielkim obszarze - kilka odwiertów załatwia sprawę. A jeśli teren nie ma skomplikowanej budowy geologicznej, stanowią najlepszą metodę na wykorzystanie energii odnawialnej prosto z głębi ziemi.

Wymienniki poziome potrzebują dużo miejsca - cała instalacja może zająć nawet 500 m2 w zależności od kształtu terenu i zapotrzebowania na energię. Rury nie mogą znajdować się blisko siebie, bo kiedy grunt zimą się wyziębi, przestrzenie między nimi pokryją się lodem.

W fazie projektowania pompy ciepła sprawdza się budowę geologiczną terenu i wykonuje się pomiary przewodności i pojemności cieplnej gleby na danym terenie. Największy udział w przenikaniu ciepła w ziemi mają: składniki mineralne, organiczne i woda. Dlatego też gliniaste i mocno nasączone podłoże będzie miało większą wydajność cieplną (30-40 W/m2) niż suche, lekkie i piaszczyste (8-10 W/m2). Stąd na tych ostatnich stosuje się sondy, które docierają na dużą głębokość, do nawodnionych, zbitych warstwy.

Energia z ziemi - ekonomiczny sposób na ciepło w domu

Spośród różnych rodzajów pomp ciepła to właśnie gruntowe oferują największą efektywność energetyczną, zapewniając stałą temperaturę ogrzewania mieszkania i ciepłej wody użytkowej.

To główny powód, dla którego praca pompy ciepła, pobierającej ciepło z wnętrza ziemi, zawsze będzie bardziej opłacalna niż urządzeń, dla których źródłem energii cieplnej jest powietrze. Wydajnością dorównują im pompy typu woda, czerpiące energię ze zbiorników naturalnych lub sztucznych, jednak buduje się je rzadko z uwagi na koszty i utrudnienia.

Zdjęcie: www.obi.pl