Zasada działania gruntowych pomp ciepła

Gruntowe pompy ciepła są rozwiązaniem pozwalającym na całkowite pokrycie zapotrzebowania na energię budynku i w przeciwieństwie do powietrznych pomp ciepła mogą pracować cały sezon grzewczy jako jedyne źródło ciepła. Ta technologia wykorzystuje grunt jako magazyn energii o niskiej temperaturze, która następnie jest transformowana na energię o wysokiej temperaturze i przekazywana do instalacji centralnego ogrzewania. Gruntowe pompy ciepła wykorzystują wymienniki gruntowe pionowe lub poziomie, które różnią się od siebie nie tylko ceną, lecz także ilością energii użytecznej, którą mogą wydobyć z gruntu. W zależności od portfela inwestycji możliwe jest zaprojektowanie instalacji pompy ciepła tak, aby pokrywała całe zapotrzebowanie budynku na ciepło (rozwiązanie droższe) lub tylko część zapotrzebowania, gdy współpracuje z dodatkowym źródłem ciepła (tańsze rozwiązanie).

Gruntowe wymienniki ciepła (wymienniki dolnego źródła)

Pionowe wymienniki ciepła

Pionowe wymienniki ciepła montuje się po wykonaniu odwiertu w gruncie. Maksymalna długość wymiennika wynosi około 100 m. Wraz ze wzrostem głębokości spada temperatura gruntu, jednocześnie stabilizując się na określonym poziomie temperaturowym zależnym od rodzaju gruntu. Dzięki dużej głębokości odwiertu uzyskuje się względnie stałą temperaturę zasilania pompy ciepła na poziomie 10°C.

Zaletą stałej rocznej temperatury gruntu jest możliwość zaprojektowania pasywnego chłodzenia budynku, które polega na wykorzystaniu zimnego medium z gruntu do ochładzania powietrza w budynku bez wykorzystania sprężarki. Takie rozwiązanie ogranicza znacznie koszty chłodzenia budynku w stosunku do klimatyzatorów typu split czy powietrznych pomp ciepła, gdyż zamiast kilku kilowatowych sprężarek pracuje jedynie pompa obiegowa pobierająca około 0,06 kW energii elektrycznej. Poza tym oprócz oczywistej korzyści w postaci praktycznie darmowego chłodzenia budynku, ogrzewa również grunt w sezonie letnim, przyśpieszając ponowne zmagazynowanie energii po sezonie zimowym.

Pionowe wymienniki ciepła w zależności od głębokości odwiertu, wydajności gruntu i liczby sond mogą w niektórych przypadkach schłodzić grunt w sezonie zimowym do temperatury niższej niż standardowa, w przypadku błędnie zaprojektowanych wymienników gruntowych może wystąpić również spadek temperatury poniżej 0°C, co prowadzi do znacznego obniżenia efektywności pompy ciepła, a w dłuższej perspektywie do utraty ogrzewania w sezonie zimowym, gdyż minimalna temperatura pracy gruntowej pompy ciepła wynosi około -10°C na zasilaniu z gruntu.

W sezonie letnim po intensywnym eksploatowaniu gruntu następuje jego regeneracja, gdy grunt odzyskuje swoją stałą średnią temperaturę.

Przeczytaj więcej nt. samych pomp ciepła: Pompy ciepła – porady, ranking

Odwierty pod pompy ciepła – od czego zależy ich liczba i głębokość?

Liczba odwiertów oraz ich głębokość zależy ściśle od jakości gruntu.

Dobrą praktyką jest przewymiarowanie wymiennika gruntowego. W zależności od przewymiarowania rosną koszty inwestycji, lecz wzrasta margines błędu oraz tolerancja na bardzo niskie temperatury powietrza występujące okresowo w sezonach zimowych. Jest to szczególnie zalecane, gdy pompa ciepła jest jedynym źródłem ciepła w budynku.

Czytaj więcej: Odwierty pod pompy ciepła – cena, pozwolenie, zgłoszenie

Poziome wymienniki ciepła

W przypadku wymienników poziomych przewody rurowe umieszcza się na płasko pod gruntem w pobliżu budynku na głębokości około 0,8 m. Zasada działania polega na poborze energii z płytkich warstw gleby, gdzie najbardziej odczuwalny jest wpływ regeneracji gruntu na sprawność pompy ciepła.

Jest to rozwiązanie znacznie tańsze od wymienników pionowych, lecz ogranicza możliwość zabudowy działki i jest znacznie mniej stabilnym źródłem ciepła niż wymiennik pionowy.

Gruntowy wymiennik ciepła – kiedy najlepiej wykonać

Bardzo ważnym aspektem inwestycji jest wykonanie gruntowego wymiennika ciepła. Zaleca się przeprowadzenie tego etapu prac we wczesnym stadium budowy lub co najmniej przed rozpoczęciem zagospodarowywania trawnika.

Proces układania wymiennika poziomego czy wykonywania odwiertów jest procesem niszczącym zieleń, która wymaga rewitalizacji.

Instalacja gruntowej pompy ciepła

Gruntowe pompy ciepła – zasady działania

Zadaniem pompy ciepła, jak nazwa wskazuje, nie jest wytwarzanie ciepła, lecz przepompowanie go ze źródła o niższym potencjale energetycznym (grunt) do źródła o wyższym potencjale (budynek).

Aby cały układ mógł funkcjonować efektywnie, temperatura zasilania odbiorników ciepła w górnym źródle powinna być jak najbardziej zbliżona do temperatury dolnego źródła. Im bardziej te temperatury się od siebie różnią, tym mniejszą efektywność energetyczną ma pompa ciepła i tym więcej płacimy za prąd do napędu sprężarki. Z tego powodu przy pompach ciepła stosuje się odbiorniki niskotemperaturowe.

Przyjmuje się, że temperatura zasilania na poziomie 35°C zapewnia zadowalającą efektywność, lecz im bardziej obniżymy tę temperaturę, tym bardziej obniżymy wartość rachunków za energię elektryczną.

Aby osiągnąć niską temperaturę zasilania (tzw. niski parametr), stosuje się ogrzewanie niskotemperaturowe, do którego zaliczamy:

1. Wodne nagrzewnice/chłodnice powietrza (tzw. Fancoil, klimakonwektor).
2. Ogrzewanie płaszczyznowe (podłogowe, ścienne, sufitowe).
3. Grzejniki niskotemperaturowe.

Grzejniki niskotemperaturowe, wodne nagrzewnice

Grzejniki są opcją najmniej, a wodne nagrzewnice opcją najkorzystniejszą, nie tylko z powodu oszczędności na rachunkach. W przypadku montażu wodnych nagrzewnic powietrza zamiast kaloryferów możemy uzyskać również zdolność chłodzenia budynku w trybie pasywnym lub aktywnym.

Ogrzewanie płaszczyznowe

Ogrzewanie płaszczyznowe bardzo dobrze współpracuje z pompami ciepła, lecz nie zapewnia możliwości komfortowego i szybkiego schłodzenia pomieszczeń w sezonie letnim.

Czytaj też: Pompa ciepła – cena. Ile kosztuje pompa ciepła z montażem?