Rodzaje wymienników gruntowych – dolnych źródeł pompy ciepła

Pompy ciepła mogą wykorzystywać różne rodzaje dolnych źródeł do pozyskiwania ciepła lub chłodzenia. Wybór konkretnego źródła zależy od lokalizacji geograficznej, dostępności, rodzaju budynku. W każdym przypadku ma wpływ na koszt inwestycji oraz jej późniejsze funkcjonowanie.

Do głównych rodzajów dolnych źródeł, wykorzystywanych w pompach ciepła, należą te wymienione poniżej.

Powietrze

Pompy ciepła powietrzne wykorzystują powietrze jako źródło ciepła. Są to popularne rozwiązania, ponieważ nie wymagają głębokich odwiertów ani długotrwałych prac ziemnych. Mogą być stosowane zarówno w systemach grzewczych, jak i klimatyzacyjnych. Pompy ciepła powietrzne są stosunkowo łatwe w instalacji i stosunkowo ekonomiczne ze względu na brak konieczności wykonywania wymiennika w gruncie. Ta zaleta okupiona jest jednak niestety niższą wydajnością (niższym współczynnikiem wydajności pompy ciepła).

Gleba (grunt)

Pompy ciepła gruntowe wykorzystują ciepło zgromadzone w gruncie jako źródło energii. Są bardziej stabilne pod względem temperatury w porównaniu do pomp ciepła powietrznych i mogą być bardziej efektywne, zwłaszcza w regionach o chłodnych zimach.

Woda powierzchniowa

Pompy ciepła wodne powierzchniowe czerpią ciepło lub chłód z otwartych zbiorników wodnych, takich jak jeziora, rzeki czy stawy. Są to rzadziej stosowane rozwiązania, często wykorzystywane w obszarach, gdzie dostęp do wody powierzchniowej jest ułatwiony.

Ciepło odpadowe

Niektóre pompy ciepła wykorzystują ciepło odpadowe lub przemysłowe jako źródło energii. To rozwiązanie jest szczególnie ekologiczne, ponieważ przetwarza nieużywane ciepło na cele grzewcze lub chłodzące. Przykładem takiego rozwiązania w skali domów jednorodzinnych może być pompa ciepła do wody użytkowej wykorzystująca odpadowe ciepło usuwane z domu przez wentylację.

Wybór odpowiedniego dolnego źródła zależy od wielu czynników, w tym od lokalizacji, budżetu, rodzaju budynku i celu użycia pompy ciepła. Wszystkie te źródła mają swoje zalety i ograniczenia, dlatego ważne jest, aby przeprowadzić odpowiednią analizę i konsultację z ekspertem przed podjęciem decyzji.

Wymienniki gruntowe są chyba optymalnym źródłem ciepła dla pomp ciepła. Oczywiście mając dostęp do płynącej przez naszą działkę rzeki przez część roku może się bardziej opłacać czerpanie ciepła z tej wody, niemniej jednak w polskich warunkach można o tym rozwiązaniu zapomnieć.

W pompach ciepła stosuje się różne rodzaje wymienników gruntowych, które służą do pobierania lub oddawania ciepła w procesie ogrzewania lub chłodzenia budynku.

Wymienniki poziome (poziome pętle gruntowe)

Wymienniki poziome to systemy rur układanych na płasko w wykopanych rowach. Są to najpopularniejsze i najbardziej powszechne rodzaje wymienników gruntowych. Wymienniki poziome są stosunkowo łatwe do instalacji (wystarczy wykopać odpowiednio długi rów i ułożyć w nim rurkę). Jednocześnie zapewniają optymalny pobór ciepła, w niewielkim stopniu wychładzając grunt.

Z drugiej strony, dla ułożenia tej samej długości rurki wymagają dostępu do największej powierzchni gruntu, co może być problematyczne w przypadku niewielkich działek.

Wymienniki pionowe (pionowe sondy gruntowe)

Wymienniki pionowe to pionowe rury lub sondy wbijane w ziemię. Można się spodziewać, że będą bardziej efektywne niż wymienniki poziome, ponieważ korzystają z bardziej stabilnej temperatury gruntu na większej głębokości. Na dużej głębokości bowiem nie jest widoczny efekt sezonowych zmian temperatury.

Pompy ciepła z wymiennikami pionowymi zajmują mniej miejsca na powierzchni ziemi, co jest korzystne w przypadku ograniczonej przestrzeni, ale instalacja wymienników pionowych jest zazwyczaj droższa, bo wymaga specjalistycznego sprzętu.

Wymienniki wodne gruntowe

W przypadku pomp ciepła wodnych gruntowych, wymiennik gruntowy wykorzystuje wodę jako medium do przekazywania ciepła. Ten rodzaj dolnego źródła wykorzystywany jest na dwa sposoby.

1. Wymiennik w warstwie wody — rura z cieczą niezamarzającą umieszczana jest na dnie stawu lub rzeki. Ciecz krąży w obiegu zamkniętym.
2. Woda dostarczana do wymiennika w pompie — czerpiemy wodę z rzeki, stawu, lub warstwy wodonośnej w gruncie, pompujemy ją do wymiennika ciepła znajdującego się bezpośrednio przy pompie ciepła, a po schłodzeniu zrzucamy ją w innym miejscu (w innym punkcie stawu, rzeki, albo do studni zrzutowej (studni chłonnej).

To rozwiązanie jest bardziej efektywne w wydobywaniu ciepła z gleby, ponieważ woda ma dużą pojemność cieplną (ciepło właściwe) i dobry współczynnik przewodzenia ciepła. W niektórych sytuacjach to rozwiązanie może być bardziej trwałe niż tradycyjne rury lub sondy.

Spiralne wymienniki gruntowe

Wymienniki spiralne to inny rodzaj wymienników gruntowych. W tym przypadku rury układane są w formie spiralnej. Ten układ rur zapewnia nieco mniej efektywne przekazywanie ciepła między gruntem a czynnikiem roboczym. Wymienniki spiralne zajmują mniej przestrzeni niż wymienniki poziome, co może być korzystne w przypadku małych działek.

Mniejsza wydajność wynika z tego, że w przeliczeniu na metr długości rurki, jej ułożenie w formę spirali powoduje, że ma ona kontakt z mniejszą objętością gruntu, czyli może zaczerpnąć z niego mniejszą ilość ciepła, przy obniżeniu temperatury gruntu w tym samym stopniu. A zatem, ułożona w spiralę rurka wychładza grunt bardziej, co obniża nieco współczynnik wydajności pompy ciepła.

Wybór odpowiedniego rodzaju wymiennika gruntowego zależy od wielu czynników, takich jak dostępność miejsca, rodzaj gruntu, budżet oraz lokalizacja geograficzna. Ważne jest, aby przeprowadzić dokładną analizę i konsultować się z ekspertem w dziedzinie pomp ciepła, aby wybrać najodpowiedniejszą opcję dla konkretnego projektu.

Zobacz także