Czy pionowe źródło ciepła się regeneruje?
Pompy ciepła urządzeniami wykorzystywanymi do przenoszenia ciepła z jednego miejsca do drugiego, najczęściej w celu ogrzewania lub chłodzenia pomieszczeń. Pompy ciepła działają na zasadzie identycznej jak lodówka: wykorzystują proces sprężania czynnika roboczego, aby odebrać ciepło z tak zwanego dolnego źródła (wymiennika ciepła zamontowanego w gruncie, albo omywanego przez powietrze atmosferyczne), podnieść temperaturę czynnika, a potem oddać w górnym źródle.
Istnieją różne typy pomp ciepła, ale najpopularniejsze z całą pewnością są klimatyzatory, które za pomocą cyrkulacji czynnika chłodniczego między jednostkami zewnętrzną i wewnętrzną latem chłodzą pomieszczenia, a zimą (jeśli mają również funkcję grzania) mogą dostarczać ciepło do pomieszczeń.
Pompy ciepła są uważane za ekologiczne i energooszczędne rozwiązanie, ponieważ przesuwają ciepło z jednego źródła do drugiego, zamiast je generować w procesie spalania. To pozwala na znaczne obniżenie zużycia energii, paliw kopalnych i wpływ na środowisko. Są szczególnie popularne w budynkach z dobrą izolacją, gdzie mogą skutecznie dostarczać ciepło lub chłód, zapewniając komfort cieplny i redukując koszty eksploatacji. Choć budynki o najlepszym standardzie izolacji, tak zwane domy pasywne, w ogóle nie wymagają klasycznego systemu grzewczego (o czym pisałem i mówiłem już kiedyś).
Jednym z dość popularnych sposobów wykonywania tak zwanego dolnego źródła pompy ciepła jest pionowy wymiennik gruntowy, umieszczony w głębokim odwiercie. Więcej na temat różnych rodzajów wymienników gruntowych w pompach ciepła pisaliśmy niedawno w innym artykule. Od kiedy zacząłem uczyć się o pompach ciepła, nie byłem zwolennikiem wymienników pionowych, trochę obawiając się ich nieodwracalnego wychładzania. Wymienniki umieszczone płytko mają bowiem szansę się regenerować. Wszakże grunt na powierzchni ogrzewany jest w Polsce przede wszystkim przez promieniowanie słoneczne (bezpośrednio i pośrednio), a wpływ ciepła z wnętrza ziemi jest niewielki.
Niedawno przeczytałem badanie opublikowane w sierpniu 2021 roku, które potwierdza moje przypuszczenia.
Badanie Assessment of Ground Regeneration around Borehole Heat Exchangers between Heating Seasons in Cold Climates: A Case Study in Bialystok (NE, Poland) (Analiza regeneracji gruntu wokół wymiennika ciepła w odwiercie na przestrzeni pór roku w chłodnym klimacie: analiza przypadku w Białymstoku) pokazuje, że w przypadku analizowanego odwiertu rzeczywiście mamy do czynienia z nieodwracalnym wychłodzeniem gruntu.
Przyjrzyjmy się wykresowi podsumowującemu całe badanie:

Źródło: Piotrowska-Woroniak, Joanna. 2021. „Assessment of Ground Regeneration around Borehole Heat Exchangers between Heating Seasons in Cold Climates: A Case Study in Bialystok (NE, Poland)” Energies 14, no. 16: 4793. https://doi.org/10.3390/en14164793
Kolejne linie pokazują profil temperaturowy wzdłuż głębokości odwiertu:
- fioletowa linia to początek eksperymentu, 01.09.2015,
- czarna przerywana linia — 01.09.2016,
- czerwona przerywana linia — 01.09.2017,
- żółta linia — 01.09.2018,
- różowa linia — 01.09.2019,
- zielona linia — 01.09.2020.
Widać, że na przestrzeni kilku lat, przykładowo na głębokościach 70-90 metrów, przez pięć sezonów grzewczych temperatura gruntu spadła o dwa stopnie, mniej więcej od 8°C do 6°C.
Czy to jest problem, który dyskwalifikuje pionowe odwierty? Na podstawie tak krótkiego badania nie podejmuję się tego oceniać. Mam wątpliwości, czy to tempo wychładzania się gruntu (2 stopnie na 5 lat) będzie utrzymane w przyszłości. Ufam, że autorka opublikuje za kilka lat kolejną odsłonę tego badania, bo mam nadzieję, że czujniki dalej są w ziemi i zbierają dane.
Z drugiej strony, wraz ze zmianami klimatu i coraz bardziej upalnymi latami, tego typu instalacje coraz częściej będą wykorzystywane w sezonie ciepłym do chłodzenia pomieszczeń. A chłodząc pomieszczenia regenerujemy dolne źródło, ładując do niego ciepło. To z pewnością spowolni nieodwracalne wychładzanie gruntu, choć mam wątpliwości, czy je w stu procentach zatrzyma. Wydaje mi się, że ilość ciepła wpompowanego do gruntu latem jest jednak mniejsza, niż ilość ciepła pobranego zimą (choć to by trzeba było przeliczyć, bo mogę się mylić).
Osobiście: mając wybór zdecydowanie wolałbym poziomy gruntowy wymiennik ciepła.
Pozostaw komentarz