Dolne źródło – co należy o nim wiedzieć?

Dolne źródło pompy ciepła jest źródłem ciepła, z którego pompa ciepła pobiera energię. Dolnym źródłem może być powietrze, grunt, woda czy nawet zamarznięta woda w postaci lodu. Wraz z ekspertem marki Vaillant postaramy się przedstawić wady i zalety typowych dolnych źródeł oraz wymagania związane z użytkowaniem każdego z nich.

Z tekstu dowiesz się:

• jak funkcjonuje gruntowe źródło ciepła,
• dlaczego powietrzne pompy ciepła są popularne,
• jak działa powietrzna pompa ciepła,
• jak działa wodne dolne źródło.

Dolne źródła pomp ciepła różnią się od siebie wydajnością, a także technicznymi możliwościami montażu, które są uzależnione od dostępności dolnego źródła. Wydajne dolne źródło ciepła powinno charakteryzować się odpowiednią temperaturą oraz dostarczać energii wystarczającej do ogrzania bądź schłodzenia budynku przez np. pompę ciepła solanka-woda bądź pompę powietrzną. Z tego artykułu dowiesz się, w jaki sposób poszczególne dolne źródła pomp ciepła funkcjonują i dostarczają energię do urządzenia.

Gruntowe dolne źródło pompy ciepła – jak funkcjonuje?

Wysoki poziom temperatury przez cały rok, uzyskany dzięki odpowiednim właściwościom magazynowania energii słonecznej, pozwala osiągnąć bardzo wysoki poziom efektywności pompy ciepła z gruntowym wymiennikiem ciepła (GWC). Największe wahania temperatury gruntu są odnotowywana na głębokości do około 1,5 m. Związane jest to z porą roku, nasłonecznieniem, opadami, przepływem wód gruntowych oraz temperaturą zewnętrzną. Wraz ze wzrostem głębokości, wahania te zmniejszają się, a temperatura dolnego źródła pompy ciepła to 10°C. Tak wysoka temperatura gruntu pozwala uzyskać wysoką sprawność pompy ciepła (COP) przez cały rok. Sprawność pompy ciepła wzrasta wraz ze wzrostem temperatury dolnego źródła. To przekłada się na dwie możliwości poboru energii. Jakie? Sprawdź:

• Pierwszą, najbardziej popularną, jest wykonanie pionowych odwiertów, do których wprowadzamy U-rurkę, w której krąży glikol. Przy wykorzystaniu pompy obiegowej glikol osiąga odpowiedni przepływ przez dolne źródło, co umożliwia pobór energii. Ilość oraz głębokość odwiertów zależą od mocy pompy ciepła i zapotrzebowania energetycznego budynku. W przypadku domu jednorodzinnego jest to od jednego do czterech stumetrowych odwiertów. Plusem tego rozwiązania są małe wymagania co do wielkości działki. Odstęp pomiędzy odwiertami powinien wynosić około 6-10 metrów.
• Drugim rozwiązaniem, które możliwe jest tylko w przypadku dużych działek, jest wykonanie dolnego źródła ciepła poziomego. Możliwe jest ułożenie meandryczne wymiennika lub wykorzystanie spiralnego wymiennika ciepła. Oba te przypadki wymagają odsłoniętej działki o dużej powierzchni rzędu 300-700m². Plusem tego rozwiązania jest prostota wykonania. Kolektor układa się poniżej granicy przymarzania gruntu, do wykonania GWC wystarczy więc mała koparka.

Pompami przystosowanymi do pracy z gruntowym wymiennikiem są pompy serii flexoTHERM, np. flexoCOMPACT exclusive. Całe urządzenie jest wewnątrz budynku, dzięki czemu nie musimy martwić się hałasem. Zgodnie z wcześniej podanymi informacjami, wielkość dolnego źródła może być różna i należy dobrać ją indywidualnie do każdego budynku. W przypadku zbyt małego dolnego źródła możemy je wychłodzić, przez co eksploatacja będzie niemożliwa, a pompa ciepła wejdzie w tryb awaryjny. Plusem gruntowego wymiennika jest najwyższa sprawność, aby jednak ją osiągnąć, musimy ponieść największe koszty inwestycyjne przed uruchomieniem pompy.

Powietrze dolne źródło pompy ciepła – dlaczego pompy powietrzne są popularne?

W ostatnim dziesięcioleciu wzrost sprzedaży powietrznych pomp ciepła jest ogromny. Większość nowych inwestycji opiera się na pompach, których dolnym źródłem jest powietrze atmosferyczne. Do poboru energii z tego powietrza służy parownik zamontowany w jednostce wewnętrznej, na który trafia powietrze atmosferyczne. Napływ powietrza zapewnia wentylator lub – w większych pompach ciepła – dwa wentylatory.

Pompy powietrzne są proste w montażu, nie wymagają dodatkowych elementów, poza posadowieniem, czyli małym, dobrze wypoziomowanym fundamentem, na którym ustawimy jednostkę zewnętrzną. Mniejsze pompy o mniejszej wadze możemy również montować na ścianie budynku przy pomocy specjalnych zawiesi. Dzięki temu montaż jednostki zewnętrznej ogranicza się tylko do jej zamocowania, podłączenia elektrycznego i połączenia z jednostką wewnętrzną przewodami chłodniczymi.

W odróżnieniu od pomp ciepła, w których dolnym źródłem jest grunt, powietrzne pompy ciepła nie wymagają dużej działki ani robót ziemnych. Montując powietrzną pompę ciepła, należy zwrócić uwagę na hałas i normy prawne. Dopuszczalny poziom hałasu na granicy działki w ciągu dnia dla pomieszczeń mieszkalnych według Polskiej Normy to 40 dB, a nocą 30 dB. Proces poboru energii z powietrza oraz praca sprężarki generują pewien hałas, dlatego należy wybrać miejsce montażu, pozwalające spełnić nam tę normę. Oczywiście nie każda pompa pracuje tak samo głośno. Wartość tę należy sprawdzać na etykiecie energetycznej. Pompy ciepła Vaillant są jednym z najcichszych na rynku, dzięki czemu istnieje możliwość montażu nawet przy gęstej zabudowie i na małej działce.

Dolne źródło pomp ciepła – jak działa powietrze?

Powietrze jako źródło energii oprócz tego, że jest łatwo dostępne, jest również wydajnym źródłem. Nie mamy ograniczenia ilości pobranego powietrza. Jaka powinna być temperatura dolnego źródła powietrznego? Otóż energia może być pobierana nawet z powietrza o ujemnych temperaturach sięgających -20°C. W tym przypadku nieistotna jest także kwestia regeneracji dolnego źródła pompy ciepła.

Powietrzne pompy ciepła aroTHERM PLUS umożliwiają pracę przy temperaturach zewnętrznych w zakresie od –25°C do 46°C. Wysokość temperatury ma wpływ na moc i sprawność pompy ciepła. Wraz ze spadkiem temperatury spada sprawność i moc urządzenia. Powietrzne pompy ciepła dobieramy tak, aby pracowały z maksymalną wydajnością przez jak najdłuższy czas w okresie grzewczym, a nie pokrywały szczytowe zapotrzebowanie przy ‑20°C raz na kilka lat, przy użyciu samej sprężarki.

Średnia temperatura w okresie grzewczym w centralnej Polsce to 1°C i właśnie przy tej temperaturze pompa powinna być najbardziej wydajna. W szczytowym momencie, podczas dużych mrozów, gdy energia z dolnego źródła jest ciężko dostępna, a moc sprężarki jest zbyt mała, załącza się grzałka elektryczna. W dobrze dobranej pompie grzałka załączy się przy temperaturach między -6°C, a -10°C. W takiej sytuacji udział pracy grzałki nie przekracza 3%. Podobnie jak w przypadku pomp gruntowych, bardzo ważny jest dobór samej pompy ciepła. Ze względu na dużą zmienność temperatur, tylko dobrze dobrane urządzenie będzie charakteryzować się najwyższą sprawnością. Powietrze jest łatwo dostępnym źródłem energii, niewymagającym dużych nakładów inwestycyjnych, jednak sprawność urządzania ze względu na różnice temperatur będzie mniejsza w porównaniu z pompami korzystającymi z GWC.

Wodna pompa ciepła – dolne źródło – studnia

Trzecim, najmniej popularnym, a jednak łatwo dostępnym i technicznie nieskomplikowanym źródłem ciepła jest woda. W celu użytkowania tego dolnego źródła pompy ciepła wykonuje się dwie studnie. Z pierwszej studni pobierana jest woda, która dostarcza energię dla pompy ciepła, a do drugiej studni zrzucamy tę wodę.

O ile temat nie jest trudny techniczne, to w kwestii prawnej mogą pojawić się niekiedy problemy. Zapotrzebowanie na wodę wynosi około 200 litrów na godzinę na każdy kW mocy pompy. Korzystanie z wód gruntowych pochodzących ze studni wymaga pozwolenia na pobór wody, jeśli wydatek jest większy niż 5m³/dobę. W tym celu konieczne jest wykonanie projektu prac środowiskowych. Opłaty związane z możliwością poboru wody generują koszty, które są nieproporcjonalne do oszczędności. Pomijając te aspekty, woda jest dobrym źródłem energii, gdyż podobnie jak grunt ma stałą temperaturę przez cały rok. W domach jednorodzinnych jest to rzadko spotykane dolne źródło, jednak w przemyśle istnieją instalacje, w których woda (niekoniecznie gruntowa) stanowi dolne źródło.

Pompy ciepła Vaillant przystosowane są do korzystania z wszystkich dolnych źródeł ciepła. W połączeniu z pełną automatyzacją oraz możliwością sterowania internetowego są świetnym źródłem ciepła dla każdego budynku. Aby tak się jednak stało, należy odpowiednio dobrać i dopasować urządzenie do naszego domu, czym zajmą się wykwalifikowani specjaliści marki Vaillant.