Rodzaje pomp ciepła i wymienników?

Autorem artykułu jest Katarzyna  Mencwal



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.
Gruntowy wymiennik poziomy - kolektor poziomy Kolektor poziomy  jest budowany z rur polietylenowych PE odpornych na nacisk o średnicy jednego  cala. Rury są układane w wykopanych rowach na głębokości 1,6-1,8 m (jest to  uzależnione od strefy przemarzania gruntu). W rurach krąży solanka – płyn o  niskiej temperaturze wrzenia. Przy założeniu, że do ogrzania domu potrzeba około  50 W/m2, kolektor płaski powinien zajmować powierzchnię 1,5 do 5 razy większą  niż powierzchnia domu. Zatem do tego rozwiązania niezbędna jest duża  powierzchnia działki (np. ok. 600 m2 dla domu o powierzchni ogrzewanych  pomieszczeń ok. 150 m2, jeśli grunt jest suchy i piaszczysty). 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.
Podział rury kolektora przykładowej długości 500 m na pięć  równoległych pętli długości 100 m ma na celu zmniejszenie oporów przepływu, aby  pompa obiegowa wymuszająca przepływ glikolu/solanki nie musiała osiągać dużych  mocy, zmniejszając tym samym efektywną sprawność systemu ogrzewania. Przy  odstępach między rurami rzędu 0,5 ÷ 0,8 m z jednego m˛ gruntu z kolektorem  otrzymuje się moc 10 ÷ 40 W, w zależności od rodzaju gleby. Gliniasty i wilgotny  grunt oddaje więcej ciepła (30 ÷ 40 W), niż piaszczysty, suchy (10 ÷ 20 W). 

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 glikol z  gruntu pochodzi głównie z promieni słonecznych. Nie ma więc sensu zakopywanie  kolektora na głębokościach większych niż 1,8 m, gdzie słabo dochodzi ciepło  słoneczne.
Dlatego 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 (studnię) wpuszcza  się rurę kolektora. Do otrzymania 1 kW energii potrzebna jest studnia głębokości  12 do 25 m. Najczęściej do  odwiertów głębokości 30 ÷ 150 m (uwaga – konieczne  jest zezwolenie) 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).
Jest tylko jedna wada – wysoka cena. 

Zalety kolektora pionowego:
-brak zależności pogodowej
-wysoka  efektywność
-mała dewastacja terenu
-niskie opory hydrauliczne, niskie  koszty pompowania glikolu

Wady kolektora pionowego:
-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
(KM)

---
   
Opracowanie: redakcja portali branżowych www.ogrzewnictwo.pl, www.klimatyzacja.pl


Artykuł pochodzi z serwisu www.Artelis.pl