Jaki wymiennik w pompie ciepła gruntowej – kolektor pionowy czy poziomy?

Bez niego nie ruszy żadna pompa gruntowa. To pierwsze ogniwo, które odpowiada za pobór energii geotermalnej. Co wybrać – kolektor pionowy czy poziomy? Decyzja jest w miarę prosta, jeśli zna się specyfikę obu urządzeń. Zobacz, czym różnią się te wymienniki i w jaki sposób czerpią ciepło z dolnego źródła, czyli z głębi ziemi.

Jak działa kolektor gruntowy?

Wymiennik ciepła to rura w ziemi, w której krąży niezamarzający płyn. Najczęściej wykorzystuje się wodny roztwór glikolu, choć popularna jest także solanka, czyli zwykła woda. Rodzaj urządzeń dobiera się pod kątem:

• powierzchni działki,
• rodzaju gleby, w tym przewodności i pojemności cieplnej gruntu,
• budowy geologicznej terenu,
• możliwości finansowych inwestora.

Gruntowe pompy ciepła radzą sobie na każdym terenie – wystarczy dobrać odpowiedni rodzaj kolektorów do typu gleby. Sprawdź teraz, który z nich lepiej spełni swoje zadanie na Twojej posesji.

Kolektory pionowe w gruntowej pompie ciepła

Pionowe wymienniki zajmują mało miejsca, dzięki czemu sprawdzają się na niewielkiej przestrzeni. Teren, na którym się znajdują, można utwardzić i zabudować. Montaż możliwy jest na już zagospodarowanej działce, ale należy pamiętać, że do prac wiertniczych potrzebny jest ciężki sprzęt, który wjedzie na posesję. Po odwiertach trzeba również posprzątać, żeby pozbyć się nadmiaru ziemi i błota.

Montaż pionowych sond

Rury wymiennika znajdują się w odwiertach, których głębokość zależy od rodzaju gleby i budowy geologicznej terenu. Im niżej, tym mniejszym wahaniom ulega temperatura. Wraz z oddalaniem się od powierzchni ziemi maleje też wpływ słońca i warunki się stabilizują. Już na 10 m mamy do czynienia ze stałą temperaturą gruntu na poziomie 10°C. Im niżej, tym temperatura rośnie i na poziomie 100 m osiąga 13°C.

Stabilna temperatura z wnętrza ziemi zapewnia pompie ciepła efektywną pracę. W dodatku im głębiej wiercisz, tym większa szansa, że natrafisz na warstwy zawodnione, które jeszcze bardziej podbiją ciepło pochodzące z gruntu.

Ma to jednak swoją cenę, bo im trudniejszy grunt (skalisty, kamienisty) na Twojej działce, tym więcej zapłacisz za prace ziemne. Ponadto wraz z głębokością zwiększa się opór przepływu czynnika termicznego i pompa obiegowa zużywa więcej prądu, żeby nim sterować.

Formalności – kiedy potrzebujesz pozwolenia na kolektory pionowe?

Jeśli otwory pod wymienniki mają znajdować się poniżej 30 m pod powierzchnią ziemi, to potrzebujesz projektu i pozwolenia na prace geologiczne. Żeby rozpoznać dokładnie budowę działki, zdecyduj się na geologiczne badanie gruntu. Dzięki temu unikniesz niespodzianek podczas robót wiertniczych.

Zalety pionowych kolektorów:

• wysoka efektywność energetyczna,
• chłodzenie pasywne latem,
• montaż na małej powierzchni,
• instalacja na już zagospodarowanym terenie,
• wydajne na piaszczystych terenach,
• obszar nad wymiennikami można urządzić: zabudować, utwardzić, założyć ogród,
• gwarantują korzystny COP – współczynnik określający stosunek zużycia energii elektrycznej do produkcji ciepła.

Wady:

• wysoki koszt,
• konieczny projekt geologiczny przy odwiertach powyżej 30 m głębokości,
• utrudniony montaż na działkach o skalistej budowie.

Kolektory poziome – wygodny montaż bez wiercenia

Wymienniki ciepła tego rodzaju montuje się już na głębokości 80 do 120 cm do maksymalnie 2 m pod ziemią (0,2-0,5 m poniżej głębokości przemarzania). Odczuwają wahania ciepła i pracują ze zmienną wydajnością. Im bliżej powierzchni, tym ziemia jest coraz mniej nagrzana ciepłem, płynącym z jej wnętrza, a bardziej narażona na działanie czynników zewnętrznych: mrozu, słońca, wiatru, deszczu. Temperatura gruntu waha się między ok. 17°C latem i 5°C zimą. Stąd też za temperaturę roboczą dla tych urządzeń uważa się 0°C.

Jaka jest stabilność pracy?

Płytkie położenie sprawia, że energia geotermalna nie ma tak decydującego znaczenia, jak w przypadku sond. Źródło dolne dla poboru ciepła stanowią także słońce i wody opadowe. Żeby pompa pracowała najefektywniej, obszar przy domu musi mieć odkrytą powierzchnię. Dotyczy to nie tylko stawiania konstrukcji architektonicznych, ale i sadzenia roślin – ich cień utrudni pobór energii, a korzenie zabiorą wodę, która też jest nośnikiem ciepła.

Czy kolektory poziome sprawdzą się na każdej działce?

System rur potrzebuje co najmniej 100 m² wolnej przestrzeni, dlatego przyjmuje się, że powierzchnia gruntu ma być 1,2-1,8 razy większa niż ogrzewana powierzchnia budynku. Najlepiej zdecydować się na to rozwiązanie, kiedy dopiero zbudowałeś dom i jeszcze nie zagospodarowałeś terenu wokół.

Prace montażowe przebiegają łatwo i bez wierceń: koparko-spycharka po prostu odsłania teren, na którym kładzie się wymienniki.

Zalety:

• montaż na obszarach o trudnej budowie geologicznej,
• mniej inwazyjne prace niż w przypadku sond,
• tańsze niż sondy.

Wady:

• konieczna duża niezagospodarowana działka,
• wydajność uzależniona od czynników zewnętrznych (ilości słońca, wód opadowych, mrozu i zimnego wiatru),
• nieefektywna klimatyzacja latem, bo górna warstwa ziemi się nagrzewa,
• montaż uzależniony od podziemnych instalacji, wód powierzchniowych i ukształtowania terenu.

Kolektory ziemne z bezpośrednim odparowaniem – czym się różnią od standardowych?

Zamiast roztworu glikolu czy solanki krąży w nich czynnik roboczy pompy. Odbierają ciepło z ziemi i jednocześnie pełnią funkcję parownika pompy gruntowej. Nie potrzebujesz więc osobnego wymiennika płytowego i pompy obiegu, a brak tych elementów podwyższa efektywność energetyczną pompy (nie musi ich zasilać).

Kosztują więcej niż klasyczne wymienniki, bo powstają z miedzianych rur osłoniętych tworzywem sztucznym, które zabezpieczają drogi czynnik chłodniczy. Zwiększają wydajność układu grzewczego, pozwalają zredukować rozmiary kolektora poziomego, głębokość odwiertów i koszty ogrzewania domu.

Wymiennik poziomy czy pionowy – uwzględnij wielkość działki i rodzaj gruntu

Sondy pionowe sprawdzą się nawet na niewielkim obszarze – już kilka odwiertów załatwia sprawę. A jeśli w dodatku teren nie ma skomplikowanej budowy geologicznej, stanowią najlepszą metodę na wykorzystanie energii odnawialnej prosto z głębi ziemi.

Wymienniki poziome potrzebują dużo miejsca – cała instalacja może zająć nawet do 500 m² w zależności od kształtu terenu i zapotrzebowania na energię. W dodatku rury nie mogą znajdować się blisko siebie, bo kiedy grunt zimą się wyziębi, przestrzenie między nimi pokryją się lodem.

W fazie projektowania pompy ciepła sprawdza się budowę geologiczną terenu i wykonuje się pomiary przewodności i pojemności cieplnej gleby na danym terenie. Największy udział w przenikaniu ciepła w ziemi mają: składniki mineralne, organiczne i woda. Dlatego też gliniaste i mocno nasączone podłoże będzie miało większą wydajność cieplną (30-40 W/m²) niż suche, lekkie i piaszczyste (8-10 W/m²). Stąd właśnie na tych ostatnich stosuje się sondy, które docierają na dużą głębokość, do nawodnionych i zbitych warstw.

Energia z ziemi – ekonomiczny sposób na ciepło w domu

Spośród różnych rodzajów pomp ciepła modele gruntowe oferują największą efektywność energetyczną w stosunku do ceny zakupu i montażu, zapewniając stałą temperaturę ogrzewania domu i wody użytkowej. 

Praca pompy ciepła, pobierającej ciepło z wnętrza ziemi, zawsze będzie bardziej opłacalna niż urządzeń, dla których źródłem energii cieplnej jest powietrze. Wydajnością dorównują im pompy typu woda, czerpiące energię ze zbiorników naturalnych lub sztucznych, jednak buduje się je rzadko z uwagi na koszty i utrudnienia.