Źródło dolne - co wybrać?
Skąd brać ciepło? Z powietrza, wody czy z ziemi? To najważniejsza decyzja w ogrzewaniu pompą ciepła. To pytanie za 20 000 zł, bo tyle może kosztować rozwiązanie najdroższe. Najtańsze jest za darmo. Ale liczą się też inne kryteria wyboru.
(fragment artykułu)
Pompa ciepła
Instalacja grzewcza z pompą ciepła składa się z trzech zasadniczych części (rys. 1 - Ogólny schemat systemu ogrzewania z pompą ciepła):
źródła dolnego; węzła cieplnego, którego najważniejszym elementem jest pompa ciepła; źródła górnego. Źródło górne grzeje pomieszczenia - to podłogówka, grzejniki lub jedno i drugie. Energię cieplną dostarcza do źródła górnego pompa ciepła. Jest to energia pobierana przez pompę ciepła z powietrza, wody lub gruntu za pomocą instalacji nazywanej źródłem dolnym. Fachowcy twierdzą, że nie pompa ciepła, lecz źródło dolne decyduje o jakości całego systemu grzewczego. Dużo w tym racji - pompa ciepła to w istocie sprężarka, której fizyczna zasada pracy jest zawsze taka sama. Jej możliwości i ograniczenia wynikają więc głównie z praw fizyki, niezależnych od starań konstruktora i producenta.
Każda pompa ciepła zawsze zrobi swoje - "przepompuje" ciepło ze źródła dolnego do górnego, jeśli tylko źródło dolne jest odpowiednio wydajne. Jeśli źródło dolne jest źle wybrane, źle zaprojektowane lub źle wykonane, nawet najlepsza pompa ciepła nic nie pomoże.
Wiemy już, że sprawność ogrzewania pompą ciepła, określana współczynnikiem COP jest tym większa, im mniejsza jest różnica temperatury ΔT między źródłem górnym (T2) a źródłem dolnym (T1) tj.
Jest to zależność intuicyjnie oczywista, gdyż pompowanie ciepła "pod górkę" tj. z materii chłodniejszej do cieplejszej, wymaga tym większej pracy im wyższa jest "górka", czyli im większa jest różnica temperatur ΔT. W przypadku zastosowania ogrzewania podłogowego (jest to rozwiązanie zalecane) temperatura T2 wynosi ok. 30°C (ok. 300 K).
Najcieplejszym źródłem dolnym może być sztuczne źródło ciepła, takie jak ścieki, woda powrotna w systemach ciepłowniczych, inne ciecze, gazy lub powietrze ogrzewane w jakimś procesie technologicznym. Możliwości takich rozwiązań istnieją w przemyśle lub budownictwie komunalnym, natomiast bardzo rzadko zdarzają się w domach jednorodzinnych.
Pozostają nam źródła naturalne (odnawialne) wymienione na rys. 2 i przedstawione schematycznie na rys. 3. Najwyższą temperaturę ma woda gruntowa, ok. 10°C, niezależnie od głębokości i pory roku. Rozwiązanie z wodą gruntową jako dolne źródło jest więc bardzo korzystne pod względem sprawności (COP osiąga wartości 5÷6), niezbyt drogie inwestycyjnie, ale wymaga sprawdzenia parametrów wody, której zanieczyszczenia mogą powodować korozję wymiennika ciepła lub powstawanie osadów.
Kolektor gruntowy to kilkaset metrów zakopanej w ziemi rury napełnionej glikolem. Może być poziomy (płaski lub spiralny) zakopany na głębokość ok. 1,5 m pod powierzchnią gruntu lub pionowy w odwiertach o głębokości do 200 m.
Klasyfikacja źródeł energii cieplnej pobieranej przez pompę ciepła
Najtańsze, bo nie wymagające żadnych prac inwestycyjnych jest wykorzystanie powietrza jako dolnego źródła. Największym mankamentem tego rozwiązania są sezonowe i pogodowe zmiany temperatury powietrza, przy czym najgorsze warunki są w zimie, kiedy pompa ciepła jest mocno eksploatowana, a jej sprawność spada w miarę obniżania się temperatury powietrza (dla T poniżej -10°C współczynnik COP wynosi zaledwie 2 ÷ 3). Jako dolne źródło może też być wykorzystane powietrze wewnątrz domu (5 ÷ 20°C), ale dotyczy to ograniczonych zastosowań pompy ciepła wyłącznie do wytwarzania c.w.u. lub do klimatyzacji (w roli rekuperatora).
Podstawowe rodzaje dolnego źródła
Woda gruntowa - dwie studnie
To najprostsze rozwiązanie. Grunt, a więc również woda gruntowa, na głębokości większej niż 6 m ma w zasadzie stałą temperaturę, która wynosi w Polsce ok. 10°C, niezależnie czy jest zima, czy lato (można się liczyć ze zmianami w przedziale 7 ÷ 12°C). Najtańszym inwestycyjnie sposobem pobierania ciepła z gruntu jest pompowanie wody z głębokości poniżej 6 m (oczywiście, lustro wody gruntowej może być na poziomie wyższym , np. 1 lub 2 m pod powierzchnią gruntu).
Budujemy dwie studnie - czerpalną do poboru wody, chłonną do odprowadzenia (zrzutu) wody schłodzonej, która wypływa z pompy ciepła. W typowych warunkach geologicznych, gdy woda jest czerpana z warstwy wodonośnej na głębokości 6 ÷ 15 m, koszt budowy takich dwóch studni wynosi ok. 2000 zł. Odległość pomiędzy studnią czerpalną i chłonną powinna być jak największa (co najmniej 15 m), żeby chłodna woda zrzucana nie mieszała się z wodą czerpaną, niekorzystnie obniżając jej temperaturę.
Obie studnie muszą korzystać z tej samej warstwy wodonośnej, przy czym studnia czerpalna powinna znajdować się przed chłonną względem kierunku przepływu wody w tej warstwie. Chodzi o to, by woda schłodzona nie wracała do studni czerpalnej.
Wydajność pompowania wody gruntowej powinna wynosić ok. 1,5 m³/h (szczegółowe obliczenia w ramce obok), do czego wystarcza pompa samozasysająca o mocy 200 W (jeśli lustro wody jest nie głębiej niż 6 m). Nie zawsze warunki gruntowo-wodne są korzystne dla tego rozwiązania.
Podstawowym przeciwwskazaniem może być głęboki poziom lustra wody gruntowej, co zmusza do stosowania droższych rozwiązań - pomp głębinowych i głębokich wierceń. Uwaga - na studnie głębsze niż 30 m wymagane jest pozwolenie wodnoprawne. Jest też drugi warunek (nie zawsze przestrzegany), że trzeba niezależnie od głębokości studni mieć pozwolenie wodnoprawne na czerpanie wody w ilości większej niż 15 m3/dobę.
Jest to warunek na ogół spełniany "na styk", gdyż przy pompowaniu w tempie 1,5 m3/h oznacza maksymalnie 10 godzin pracy pompy wodnej na dobę.
Te graniczne parametry można odnieść do pompy ciepła o mocy 7 ÷ 8 kW. Dla pompy ciepła o większej mocy wydajność pompowania wody musi być większa niż 1,5 m3/h, zatem warunek czerpania wody w ilości większej niż 15 m3/dobę zostanie przekroczony i trzeba wystąpić o pozwolenie.
Jeśli już tak się stanie, to nie będzie wielkim problemem finansowym ani technicznym wywiercenie nowych studni, zatem tym ograniczeniem nie powinniśmy się nadmiernie przejmować. Innym kłopotem systemu woda-woda może być zła jakość wody - duża zawartość żelaza i manganu jak również bardzo wysoka twardość (tabela).
Do producenta pompy ciepła należy ocena, czy złe parametry jakościowe wody mogą istotnie wpłynąć na niszczenie lub złą pracę pompy ciepła. Groźne i, niestety, dość częste w naszych warunkach jest nadmierne zażelazienie wody. Żelazo nie jest szkodliwe dopóki się nie utleni. Osad tlenku żelaza może "zatkać" wymiennik, także studnię chłonną. Dlatego w przypadku mocno zażelazionej wody niezmiernie ważne jest, by cały układ od poboru wody w studni czerpalnej do zrzutu w studni chłonnej był szczelny i nie "nabierał" powietrza.
Niektórzy producenci oferują opcjonalnie parowniki w specjalnym wykonaniu, odpornym na korozyjne działanie wody o "złych" parametrach. Stosuje się też dodatkowy wymiennik ciepła odporny na "złą" wodę. W obiegu wtórnym takiego wymiennika, pośredniczącym między wodą ze studni a parownikiem pompy ciepła, krąży woda z 10% zawartością etylenu.
Cały artykuł czytaj na: www.budujemydom.pl
Źródło: http://www.archipelag.pl/
drukuj stronę 2008-12-03
