Skąd się bierze ciepło?
Ciepło do pompy ciepła pochodzi z gruntu lub z wody.
Pompa ciepła wykorzystuje korzysta z ciepła gruntu, które doprowadza do parownika pompy za pomocą odpowiedniej instalacji. W niewielkich instalacjach jej rury są także parownikiem pompy. To właśnie w nich krąży odpowiedni czynnik roboczy, a następnie odparowuje. Stąd właśnie wzięła się ich nazwa: pompy z bezpośrednim odparowaniem.
Instalacja taka zwie się wymiennikiem gruntowym. Od doboru i wykonania takiej instalacji w największym stopniu zależy poprawna praca pompy. Może być zrobiony z rur miedzianych albo z tworzywa sztucznego (PCW, PE, PP lub PB) układanych w gruncie w postaci kolektorów poziomych – w jednej lub dwóch płaszczyznach albo w formie spirali. Nieraz stosuje się też kolektory pionowe. Wymienniki gruntowe poziome zazwyczaj instaluje się na głębokości ok. 1-2 m, w miejscu tym temperatura wynosi od 11-17°C w latem do 0-5°C zimą. Temperatura zależy przede wszystkim od właściwości fizycznych gleby, dlatego przed wykonaniem wymiennika powinno się ją zbadać. Założenia dotyczące temperatury gruntu wokół wymiennika, jeśli są wygórowane mogą sprawić, że wydajność pompy będzie niedostateczna. Największą skuteczność do poboru ciepła występują w gruncie mokrym, gliniastym.
Efektywność wymiennika gruntowego jest ściśle powiązana ze strumieniem ciepła i wynosi w gruncie mokrym 40-50 W/m2, natomiast w gruncie suchym zaledwie 10-30 W/m2. Jeżeli chcemy, aby pompa ciepła osiągnęła moc około 10 kW to łączna długość rur wymiennika ciepła musi wynieść ok. 470 m. Biorąc pod uwagę opory przepływu długość jednej pętli nie może być zbyt duża. Dla rur o średnicy 1 cal może wynosić maksymalnie około 200 m, dla rur o średnicy 1,5 cala – do 350 m. Jeżeli działka nie ma dość miejsca do położenia rur poziomo, możemy wykonać kolektory pionowe. Ten sposób wymaga wywiercenia w ziemi kilku otworów o głębokości 10-100 m znajdujących się w odległościach co najmniej 5 m i włożenia do każdego po jednej pętli rury. Potrzebny jest do tego specjalistyczny sprzęt, co sprawia że zrobienie takiego wymiennika jest droższe niż poziomego. Opłaca się to tylko na terenach z bardzo niskim poziomem wód gruntowych.
Pompa wykorzystująca ciepło z wody.
Pompa ciepła typu woda/woda wykorzystywana jest rzadziej niż gruntowa. Teoretycznie działa sprawniej, ale pozyskiwanie ciepła z wody jest bardziej kłopotliwe. Woda gruntowa przez cały rok ma temperaturę około 10°C. Aby tą wodę wykorzystać jako dolne źródło pompy ciepła, trzeba wykonać studnię o wydajności, co najmniej 1,5 m3/h i zamontować pompę, do przesyłu, która będzie z niej przetłaczać wodę do drugiej studni chłonnej. Woda musi opływać parownik pompy, ogrzewając w nim czynnik roboczy. Jeśli chłonność pojedynczej studni jest zbyt mała, trzeba wykonać ich kilka, jednak to wysoce zwiększa koszta całej inwestycji. Ważne jest, aby woda ze studni czerpnej nie była zbyt twarda, ponieważ osadzający się na wymienniku kamień ogranicza wymianę ciepła.
Uwaga: W przypadku gdy woda zawiera duże ilości żelaza i manganu wówczas szybko uszkodzi pompę i wymiennik.
Często także po pewnym czasie użytkowania występuje problem obniżenia się wydajności studni. Do zasilania pompy ciepła możemy również wykorzystać wodę powierzchniową (np. z rzeki lub jeziora), ale ponieważ jej temperatura oscyluje w granicach 0 a 10°C, może się zdarzyć, że parownik zamarznie co w końcu unieruchomi pompę. Do osiągnięcia mocy 10 kW potrzebujemy strumienia wody ponad 2 m3/h o temperaturze 5°C. Zużycie energii do napędu pompy wymuszającej taki przepływ wpływa niekorzystnie na sprawność układu, podobnie jak zanieczyszczenie wody, które wymusza stosowanie układów filtrujących i wymienników pośrednich.
Podobne wpisy:
