Rodzaje pomp ciepła a rodzaje wymienników

Wybór rodzaju pompy ciepła jest uzależniony od kliku czynników. W zależności od tego jakim dolnym źródłem ciepła dysponujemy, jakie ma być górne źródło ciepła, czyli instalacja do jakiej mamy przekazywać ciepło, jakie są nasze potrzeby i środki finansowe na inwestycję, mamy do wyboru kilka rodzajów pomp ciepła, a co za tym idzie różne rodzaje wymienników.

Pompa ciepła grunt-woda

Pompy ciepła grunt - woda są konstruowane z wykorzystaniem gruntowego wymiennika ciepła poziomego lub pionowego. Kolektor poziomy jest budowany z rur polietylenowych PE odpornych na nacisk o średnicy jednego cala. Rury są układane w wykopanych rowach na głębokości 1,5-1,8 m, co jest to uzależnione od strefy przemarzania gruntu. W rurach krąży płyn o niskiej temperaturze wrzenia. Rury kolektora są wypełnione roztworem wodnym glikolu. Dawniej stosowano roztwór wodny soli (solankę). Nazwa solanka zwyczajowo jest dalej używana, choć może odnosić się do glikolu.

Odmianą poziomego wymiennika ciepła jest kolektor spiralny. Układa się je na takiej samej zasadzie jak wymiennik poziomy, z tym, że rura ma kształt spirali. Do ich zainstalowania potrzeba mniej miejsca niż na wymiennik poziomy, a prace montażowe są mniej kłopotliwe niż przy wymienniku poziomym. Rury tego wymiennika układane są spiralnie w wykopach o szerokości min. 80cm odległość pomiędzy rowami nie może być mniejsza niż 3m. Zaletą kolektora spiralnego jest to, że wykopanie kilku rowów o szerokości do 0,8-1m i długości do 20 m jest łatwiejsze niż zdjęcie niemal dwumetrowej warstwy gruntu z dużej powierzchni działki.

Ciepło odbierane przez czynnik z gruntu pochodzi głównie z promieni słonecznych. Dlatego tez rury wymiennika nie są umiejscowione na głębokościach większych niż 1,8 m. Bardzo ważna jest możliwość pełnej regeneracji cieplnej gruntu w lecie, przed następnym sezonem grzewczym. Nie wolno też utrudniać penetracji energii słonecznej przez np. zabetonowanie powierzchni gruntu nad kolektorem. Teren nad zakopanym kolektorem można zagospodarować – na przykład posadzić na nim rośliny albo zrobić plac zabaw dla dziecka. Nie można jednak stawiać nad kolektorem budynków, nawet tak niewielkich jak garaż czy szopa na narzędzia ogrodowe. Warto pamiętać, że energia słoneczna przenika do gruntu głównie z wodą deszczową. Brak możliwości pełnej regeneracji cieplnej gruntu przez lato to ryzyko obniżenia temperatury glikolu w zimie poniżej granicznej wartości dla danej pompy, co spowoduje wyłączenie się pompy. Dlatego lepiej przewymiarować kolektor poziomy, czyli zaprojektować go z pewnym zapasem mocy.

Zalety kolektora poziomego:

• mała zależność pogodowa
• prostota wykonania
• brak konieczności stosowania specjalistycznego sprzętu

Wady kolektora poziomego:

• duży obszar zajmowanego terenu
• skrócony czas wegetacji roślin na terenie nad kolektorem
• duże opory hydrauliczne, większe koszty pompowania glikolu

Gruntowy wymiennik pionowy - kolektor pionowy

Gdy dysponujemy jedynie niewielkim lub zadrzewionym terenem, lepiej zastosować wymiennik pionowy. W wykonany w gruncie pionowy otwór o małej średnicy wpuszcza się rurę kolektora. Do odwiertów głębokości 30 ÷ 150 m wkłada się sondy pionowe, czyli rury zgięte w kształcie litery U, w których krąży glikol. Ilość i długość sond głębinowych zależy od warunków geologicznych.

Kolektor pionowy, w porównaniu z kolektorem płaskim, ma same zalety:

• zajmuje niewielką powierzchnię działki,
• glikol ma stabilną temperaturę w ciągu całego roku (3 ÷ 7°C),
• brak zależności pogodowej,
• wysoka efektywność,
• mała dewastacja terenu,
• niskie opory hydrauliczne, niskie koszty pompowania glikolu.

Wady kolektora pionowego:

• wysoka cena,
• potrzeba stosowania specjalistycznego sprzętu,
• potrzeba zezwoleń wodno-prawnych dla kolektorów powyżej 30 m głębokości.

Wodna pompa ciepła

Wodna pompy ciepła odbierają energię z wód głębinowych. W układzie dwóch lub więcej studni krąży woda. Zasysana jest w studni czerpalnej za pomocą pompy głębinowej, następnie doprowadzana jest do pompy ciepła, a stamtąd odprowadzana przez studnię zrzutową do wód gruntowych. Studnia czerpalna jest przeważnie jedna, ale studni zrzutowych może być kilka.

Głębokość studni w typowych warunkach geologicznych wynosi 6 – 30 m, a w praktyce nie przekracza 15 m. Spowodowane jest to zbyt wysokim kosztem podnoszenia wody z głębokości większej niż 15 m. Należy pamiętać o tym, że na wykonanie studni głębszej niż 30 m potrzebne jest zezwolenie wodno – prawne. Aby nie dopuścić do zmieszania się wody chłodnej z wodą czerpalną, odległość między studnią czerpalną i studnią zrzutową powinno wynosić minimum 15m.

System woda – woda jest najtańszym rozwiązaniem, jednak nie zawsze warunki geologiczne są korzystne dla tego systemu.

Zalety:

• niskie opory hydrauliczne, a więc niskie koszty pompowania glikolu,
• niskie koszty dolnego źródła przy istniejących zasobach wodnych,
• niska zależność pogodowa,
• mała dewastacja terenu,
• wszystkim wyższy niż w układzie z gruntową pompą ciepła współczynnik efektywności. Jego wartość przekracza 4, gdyż temperatura wody głębinowej jest zawsze wyższa niż gruntu na głębokości 1 m i nie spada poniżej 5-8°C.

Wady:

• wysokie wymagania co do jakości wody (żelazo, mangan, twardość wody),
• wysokie koszty wykonania studni,
• ograniczony czas eksploatacji studni czerpalnej i zrzutowej (15-20 lat),
• konieczne jest przeprowadzenie badań wydajności studni czerpalnej oraz jakości wody gruntowej,
• gdy głębokość studni przekracza ustalone wartości - 30 m, trzeba też uzyskać pozwolenie wodno-prawne,
• jeśli woda głębinowa jest agresywna chemicznie (co ustalane jest na podstawie analizy chemicznej), może być potrzebny odpowiedni układ filtrów. A to zdecydowanie podnosi koszty inwestycji.

Pompa powietrze-woda

Pompy ciepła typu powietrze – woda są konstruowane z wykorzystaniem powietrza atmosferycznego. Takie rozwiązanie techniczne przynosi najlepsze efekty, gdy wykorzystuje się je do podgrzania lub chłodzenie powietrza wentylacyjnego. W tym układzie należy się liczyć z koniecznością zastosowania dodatkowego źródła ciepła, ponieważ pompa ciepła typu powietrze – woda pracuje efektywnie do temperatury zewnętrznej -5ºC.

Zalety:

• szybka instalacja,
• niskie koszty w porównaniu z innymi pompami.
• ogólna i niemal nieograniczona dostępność dolnego źródła

Wady:

• wysoka zależność pogodowa

Opracowanie redakcja www.klimatyzacja.pl, www.ogrzewnictwo.pl [AJ]. Materiał objęty prawem autorskim. Publikacja w części lub w całości wyłącznie za zgodą redakcji.

Wykorzystane zdjęcia: Daikin