Nowoczesne podejście do budowania uwzględnia minimalizację kosztów eksploatacji budynku, stawiając ten aspekt jako priorytetowy podczas wyboru technik i metod dostarczania wody i energii elektrycznej do domu. Budownictwo jednorodzinne na pozamiejskich działkach pozwala na pozostanie niezależnym od dostawcy usług, będąc w stanie wykorzystywać to, co jest dostępne na posiadanym terenie. Szczególnie popularnym rozwiązaniem jest instalacja pompy ciepła w celu ogrzewania, a także wykonywanie odwiertów do studni głębinowych, jako przydomowych źródeł wody.
Gruntowa pompa ciepła, co to takiego?
Pompa ciepła umożliwia wykorzystanie energii naturalnej pochodzącej z powietrza, gruntu lub wody. Specjalne urządzenia zainstalowane w celu pobierania energii cieplnej ze źródła przekazują ją do budynku. Pompy ciepła mogą posłużyć do ogrzewania samego budynku lub wody użytkowej pobieranej w nim, aby ją zainstalować należy wykonać odwiert pod pompę ciepła. W obiegu grzewczym pompy ciepła w sposób ciągły zachodzą następujące procesy:
- parowanie czynnika roboczego w parowniku
- sprężanie pary czynnika w sprężarce
- skroplenie w skraplaczu czynnika o wysokiej temperaturze i ciśnieniu (oddawanie ciepła)
- rozprężanie i dozowanie czynnika do parownika gdzie znów ulega odparowaniu.
Grunt jest dobrym akumulatorem ciepła, dzięki temu, że zachowuje równomierne temperatury od ok. 7 do 13 º C. W przypadku pomp ciepła, które wykorzystują ciepło pochodzące z gruntu, potrzebna jest specjalna instalacja o nazwie gruntowy wymiennik ciepła. W tego typu instalacjach niezbędne jest także zastosowanie kolektorów gruntowych, czyli zestawu elastycznych rur, które umieszczone są w gruncie na jednej lub dwu płaszczyznach, ewentualnie w formie spirali, instalacji dokonuje się po wykonaniu odwiertu pod pompę ciepła. Najkorzystniejszym rozwiązaniem jest umieszczenie wymiennika na wysokości gdzie temperatura gruntu jest jak najwyższa, jednak poniżej strefy, w której przemarza grunt. Trudno jest określić okres w jakim inwestycja się zwróci, przeciętnie jest to okres 5- 10 lat.
Wymiennik ciepła najważniejszy element pompy ciepła
Głębokość około 1,5 metra, gdzie temperatura gruntu waha się od 0 do 8º C umieszcza się wymiennik ciepła do pompy ciepła. Ilość ciepła jaką możemy uzyskać może być trzy do czterech razy większa niż ilość energii elektrycznej potrzebnej do pracy samej pompy. Wymiennik ciepła zainstalowany w postaci sond pionowych gwarantuje wysokie parametry pracy pompy oraz stabilność ogrzewania, czego nie uzyskamy stosując poziomy wymiennik. Koszt instalacji wymiennika pionowego jest dużo większy niż wymiennika poziomego. Zmienik wykonany jest z rur, które są elastyczne, wykonane z tworzywa sztucznego.
Budowa pompy ciepła
I
nstalacja pompy ciepła w sposobie wykonania podobna jest do wiercenia studni. Na początek potrzebne jest wykonanie odwiertu próbnego. Tak jak przy wierceniu studni głębinowej należy określić budowę gruntu oraz jego pojemność cieplną a także zawartość pierwiastków mineralnych w gruncie. W przypadku natomiast wiercenia studni głębinowej określamy poziom wody i przepuszczalność gruntu. Gdy określone zostaną wszystkie parametry termodynamiczne gruntu, oraz uzyskane będą wszystkie pozwolenia urzędowe, przystępujemy do projektowania odwiertów. Ustalana w projekcie głębokość odwiertu dla pompy ciepła zależy między innymi od:
- dostępnego miejsca
- ilości potrzebnej energii
- względy ekonomiczne.
Głębokość odwiertu to około 100 metrów, nie mnie jednak większą efektywnością i bardziej stabilna praca pompy charakteryzują się dłuższe kolektory nawet do 200 metrów. Przy projektowaniu należy zwrócić także uwagę na rozmieszczenie sond. Najbardziej optymalne odległości między odwiertami to:
- 6 metrów dla sond o długości do 70 m
- 8 metrów dla sond o długości od 70 do 100 metrów
- minimum 8% głębokości odwiertu dla sond powyżej 100 metrów.
Zanim wprowadzona do odwiertu dla pompy ciepła zostanie sonda należy przeprowadzić próbę ciśnieniową. Ma ona na celu wykluczenie ewentualnych uszkodzeń sondy. Gdy test ciśnieniowy zakończy się powodzeniem można instalować sondę pionową za pomocą rozwijarki. Instalacja sondy powinna być zgodna z wytycznymi zawartymi w projekcie prac. Po umieszczeniu rur w odwiercie, rury osłonowe osuwają się, zamulają i następuje samo zasyp otworu.
Po zamontowaniu odpowiedniego oprzyrządowania w odwiercie dla pompy ciepła, należy dokonać wyboru materiału wypełniającego przestrzeni otworu wiertniczego. Materiał ten powinien być przede wszystkim stabilny, mrozoodporny, mieć niski współczynnik przepuszczania wody, nie może szkodliwy dla środowiska oraz charakteryzować się przewodnością ciepła od 1-2 W/m- K.
Źródła:
- Hydroglob – firma z Bielska-Białej specjalizująca się w wykonywaniu odwiertów do studni głębinowych
- Szulc-Bud – firma budowlana instalująca pompy ciepła na terenie Torunia
- Budownictwo – portal branży budowlanej badający kwestie energii odnawialnej
Podsumowanie
Gdy wszystkie parametry instalacji pompy ciepła zostaną zachowane i zostanie ona zainstalowana w sposób prawidłowy dopiero wtedy możemy docenić jej energooszczędność i cieszyć się, może niezbyt szybkim, ale jednak, zwrotem poniesionych kosztów. W efekcie zastosujemy alternatywną i proekologiczną metodę pozyskiwania energii w sposób odnawialny, bez szkody dla nas i najbliższego otoczenia.