Pompy ciepła – inne metody pobierania ciepła z gruntu

Kolektory poziome i sondy pionowe są najczęściej stosowanym sposobem pobierania ciepła z gruntu do zasilania pompy ciepła. Ale są również inne sposoby, które w pewnych sytuacjach mogą stanowić ciekawą alternatywę dla tradycyjnych rozwiązań. Kilka z nich pokazujemy poniżej.

Kolektor poziomy może być wykonany z rur zwiniętych spiralnie i włożonych pionowo do ziemi na głębokość 2-5 m. Rury wymiennika o długości 30-50 m można również wprowadzić do ziemi pod kątem (tzw. odwierty ukośne). Dla większych obiektów ciekawym rozwiązaniem może być wprowadzenie rur wymiennika gruntowego w palowanie fundamentowe.
W zależności od sposobu wykonania wymiennika różna będzie jego skuteczność pozyskiwania ciepła z gruntu (temperatura dolnego źródła ciepła) i powierzchnia terenu do jego wykonania. Zróżnicowana będzie także złożoność procesu wykonania wymiennika, który przekłada się na jego końcowy koszt.

Porównanie wybranych sposobów pozyskiwania ciepła z gruntu:

REHAU_01

Pompa ciepłą i sondy spiralne

Są to krótkie sondy w kształcie spirali zakopywane na głębokości 2 do 5 m. Rozwiązanie to może być stosowane przy zbyt małej powierzchni działki dla tradycyjnego poziomego wymiennika gruntowego lub w sytuacji gdy ograniczenia nie pozwalają na wykonanie pionowych odwiertów (np. trudne warunki gruntowe). Podobnie jak w tradycyjnych rozwiązaniach, sondy spiralne umożliwiają pobieranie ciepła z gruntu, jak również mogą dostarczać chłód w lecie (pompa ciepła do ogrzewania i chłodzenia budynku).
Wykonanie wymiennika gruntowego z sondami spiralnymi nie wymaga korzystania z usług specjalistycznej firmy. Otwory w ziemi, do których wprowadza się sondy spiralne można łatwo wykonać za pomocą standardowych maszyn budowlanych.
Ile ciepła można pobierać za pomocą pojedynczej sondy zależy od rodzaju gruntu i wynosi od 100 do 700 W/sondę – przeciętnie ok. 400 W/sondę (np.: suchy piasek: 100-200 W/sondę; glina: do 650 W/sondę).
W zależności od wydajności grzewczej, jaką charakteryzuje się pompa ciepła (jej mocy grzewczej) oraz wydajności poboru ciepła z gruntu 500 W/sondę, potrzebną liczbę sond spiralnych może wstępnie odczytać z tabeli:

Sondy_spiralne_01

Odstępy pomiędzy sondami spiralnymi powinny wynosić 3 – 4 m.

Przykład:
Wymagana wydajność, grzewcza pompy ciepła: 10 kW (10.000 W).
Grunt: piaszczysta glina (woda gruntowa od 3 m) – wydajność cieplna: 500 W/sondę
Wymagana liczba sond spiralnych: 15 sztuk
Potrzebna powierzchnia terenu: 135 m³

Sondy_spiralne_02

Montaż sond spiralnych – poszczególne etapy w skrócie:

Etap 1. Wykonanie wykopu o głębokości ok. 1,2 m

Etap 1. Wykonanie wykopu o głębokości ok. 1,2 m

Etap 2. Wiercenie otworu – za pomocą świdra wykonanie w wykopie otworu o głębokości 3 m, tak aby dno odwiertu znajdowało się na głębokości ok. 4,2 m poniżej górnej rzędnej terenu. Średnica otworu wiertniczego zależy od rodzaju gruntu i powinna wynosić minimum 42 cm.

Etap 2. Wiercenie otworu – za pomocą świdra wykonanie w wykopie otworu o głębokości 3 m, tak aby dno odwiertu znajdowało się na głębokości ok. 4,2 m poniżej górnej rzędnej terenu. Średnica otworu wiertniczego zależy od rodzaju gruntu i powinna wynosić minimum 42 cm.

Etap 3. Wprowadzenie sondy spiralnej do otworu.

Etap 3. Wprowadzenie sondy spiralnej do otworu.

Etap 4. Zasypanie otworu z sondą gruntem rodzimym lub piaskiem.

Etap 4. Zasypanie otworu z sondą gruntem rodzimym lub piaskiem.

Etap 5. Zasypanie wykopu.

Etap 5. Zasypanie wykopu.

Montaż sondy spiralnej – film:

Pompa ciepła i sondy współosiowe

Jest to rozwiązanie typu „rura w rurze” przeznaczone do wykonania odwiertów ukośnych o długości 30-50 m – rury wymiennika wprowadzane są w głąb ziemi pod kątem. System ten idealnie nadaje się do modernizacji ogrzewania budynku, gdyż odwierty wykonywane są z jednego punktu w różnych kierunkach (jedna centralnie umieszczona studnia). Dzięki temu ingerencja w otoczenie domu jest minimalna – minimalne są uszkodzenia zagospodarowanej już powierzchni działki.

sonda_wspolosiowa

Montaż sond współosiowych – poszczególne etapy w skrócie:

Etap 1. Wywiercenie otworu w studni a następnie wprowadzenie do otworu rury zewnętrznej sondy.

Etap 1. Wywiercenie otworu w studni a następnie wprowadzenie do otworu rury zewnętrznej sondy.

Etap 2. Wypełnienie otworu z sondą materiałem wypełniającym i montaż kolejnych sond w ten sam sposób.

Etap 2. Wypełnienie otworu z sondą materiałem wypełniającym i montaż kolejnych sond w ten sam sposób.

Etap 3. Wprowadzenie rury wewnętrznej sondy do wcześniej przygotowanej rury zewnętrznej.

Etap 3. Wprowadzenie rury wewnętrznej sondy do wcześniej przygotowanej rury zewnętrznej.

Etap 4. Podłączenie wszystkich przewodów zasilania i powrotu sond do rozdzielaczy.

Etap 4. Podłączenie wszystkich przewodów zasilania i powrotu sond do rozdzielaczy.

Pompa ciepła – pozostałe metody pozyskiwania energii

Kolektor poziomy, sondy pionowe, spiralne i współosiowe to nie wszystkie metody pozyskiwania ciepła z natury. Rury wymiennika mogą zostać ułożone na dnie stawu lub pod jego dnem. Możemy też spotkać kolektor poziomy, gdzie zamiast prostych odcinków rur w wykopie układa się poziomo zawinięte rury w kształcie spirali (wymiennik gruntowy spiralny) – jednak niewielu producentów pomp ciepła dopuszcza wykonanie takiego wymiennika gruntowego. 
Można wymieniać jeszcze co najmniej kilka innych sposobów na pozyskanie ciepła z gruntu i innych źródeł ciepła, coraz częściej łączonych ze sobą np. pobieranie ciepła z gruntu i z kolektora powietrzno-słonecznego, tzw. rozwiązania hybrydowe.

W artykule wykorzystano materiały firmy REHAU.