Co może być dolnym źródłem ciepła dla pompy ciepła?

Trzy rodzaje dolnych źródeł ciepła

Dolne źródło ciepła dostarcza energię do parownika pompy ciepła. Nie jest nim grzejnik, podłogówka ani zasobnik cwu, ponieważ te elementy należą do strony, której urządzenie oddaje ciepło. W unijnym rozporządzeniu pompa ciepła do ogrzewania pomieszczeń jest zdefiniowana jako urządzenie wykorzystujące ciepło otoczenia ze źródła powietrznego, wodnego lub gruntowego, ewentualnie także ciepło odpadowe.^[1]

Podział na powietrze, grunt i wodę jest punktem wyjścia, ale nie kończy doboru. Każde medium wymaga innego sposobu odbioru energii. Powietrze przepływa przez parownik jednostki zewnętrznej. W gruncie układa się zamknięty obieg rur poziomo albo pionowo. W rozwiązaniu wodnym można czerpać wodę ze studni lub odbierać ciepło przez zamknięty wymiennik umieszczony w zbiorniku. O przydatności decyduje więc jednocześnie dostępność źródła, jego zachowanie w sezonie oraz możliwość wykonania instalacji.

Powietrze zewnętrzne jako dolne źródło

W powietrznej pompie ciepła dolne źródło znajduje się wszędzie tam, gdzie jednostka może pobierać odpowiedni strumień powietrza. Nie trzeba wykonywać wykopów, sond ani studni. To upraszcza prace na gotowej działce, ale nie zwalnia z oceny miejsca montażu. Jednostka potrzebuje swobodnego przepływu, odprowadzenia wody powstającej podczas odszraniania i ustawienia zgodnego z wymaganiami producenta.

Temperatura i wilgotność powietrza zmieniają się wraz z pogodą. Właśnie dlatego parametry dla jednego punktu katalogowego nie opisują całego sezonu. Przy porównaniu urządzeń trzeba sprawdzić moc i efektywność dla temperatur istotnych w danej lokalizacji, a także sposób pracy grzałki i układu odszraniania. Materiał Departamentu Energii USA zestawia źródło powietrzne z gruntowym i wskazuje, że temperatura gruntu jest bardziej wyrównana niż temperatura powietrza.^[2]

Powietrze może być dolnym źródłem zarówno dla pompy powietrze-woda, która zasila instalację wodną, jak i dla pompy powietrze-powietrze, która przekazuje ciepło bezpośrednio do nawiewanego powietrza. W obu przypadkach nazwa opisuje stronę źródła i odbioru. Nie oznacza to, że każdy model nadaje się do każdego budynku. Dobór mocy, temperatury zasilania i sposobu rozprowadzania ciepła pozostaje osobnym etapem.

Grunt jako dolne źródło ciepła

Gruntowa pompa ciepła pobiera energię przez wymiennik wypełniony cieczą krążącą w zamkniętym obiegu. Rury oddzielają płyn instalacyjny od gruntu, a ciepło przenika przez ściankę przewodu. Departament Energii USA wyróżnia w systemach zamkniętych układ poziomy, pionowy oraz wymiennik w stawie lub jeziorze, a jako osobną grupę opisuje układ otwarty.^[2]

Woda jako dolne źródło ciepła

Pompa ciepła woda-woda może wykorzystywać wodę gruntową w układzie otwartym. Woda jest pobierana ze studni, przepływa przez wymiennik i po odebraniu części energii musi zostać odprowadzona w sposób przewidziany w projekcie. Do oceny nie wystarcza informacja, że na działce istnieje studnia. Trzeba znać możliwy przepływ, temperaturę, jakość wody oraz warunki jej ponownego wprowadzenia.

Wytyczne FEMP wskazują właśnie temperaturę, wydajność studni i jakość wody jako parametry potrzebne przy projektowaniu systemu gruntowo-wodnego. Dla wód powierzchniowych znaczenie ma natomiast profil temperatury zbiornika w ciągu sezonu.^[3] Skład chemiczny wody może wpływać na wymiennik, filtry i potrzebę czyszczenia, dlatego próbne pompowanie i analiza wody są częścią oceny wariantu, a nie dodatkiem po zakupie urządzenia.

Zbiornik powierzchniowy może współpracować z obiegiem otwartym albo z zamkniętą pętlą zanurzoną w wodzie. W drugim rozwiązaniu woda ze stawu lub jeziora nie płynie przez pompę, lecz przekazuje energię do cieczy w rurach. Materiał DOE zaznacza, że taki wymiennik wymaga odpowiedniej objętości, głębokości i jakości zbiornika.^[2]

Jak porównać dolne źródła dla konkretnego domu?

Najlepsze dolne źródło nie istnieje w oderwaniu od budynku i działki. Powietrze jest łatwo dostępne, ale jego parametry są zmienne. Grunt daje bardziej wyrównane warunki, lecz wymaga miejsca albo wierceń. Woda może mieć korzystne parametry cieplne, ale wymaga potwierdzonego zasobu, jakości oraz legalnego sposobu poboru i zrzutu. Porównanie powinno obejmować cały układ, a nie tylko cenę samej pompy.

• Zapotrzebowanie budynku – określa ilość ciepła, którą dolne źródło musi dostarczać w warunkach projektowych.
• Warunki lokalne – obejmują klimat, wielkość i zagospodarowanie działki, geologię, hydrogeologię oraz sąsiednią zabudowę.
• Wymagania urządzenia – producent podaje dopuszczalne temperatury, przepływy, jakość medium i sposób zabezpieczenia obiegu.
• Zakres robót – jednostka zewnętrzna, wykopy, odwierty lub studnie oznaczają inne przygotowanie, sprzęt i serwis.
• Formalności – zależą od rodzaju wymiennika, głębokości odwiertów, położenia działki i sposobu korzystania z wód.
• Tryb chłodzenia – może zmieniać sposób pracy i bilans regeneracji dolnego źródła w ciągu roku.

Najpierw warto policzyć obciążenie cieplne budynku, a dopiero później dopasować wydajność dolnego źródła. Jeżeli kolejność zostanie odwrócona, łatwo wybrać technologię dlatego, że mieści się na działce, mimo że nie zapewnia właściwych warunków pracy. Równie błędne jest kupowanie pompy przed potwierdzeniem możliwości wykonania sond albo studni.

Jakie formalności mogą dotyczyć gruntu i wody?

Zakres procedur zależy od rozwiązania oraz lokalizacji. PIG-PIB wyjaśnia, że zamknięte instalacje poziome i płytkie nie są traktowane tak samo jak głębsze otworowe wymienniki, a systemy otwarte korzystające z wód podlegają innym zasadom niż zamknięty obieg w rurach.^[4] Trzeba też sprawdzić, czy działka leży na obszarze górniczym lub w strefie ochronnej ujęcia wody.

Krajowy Punkt Kontaktowy ds. OZE podaje, że dla odwiertów gruntowej pompy ciepła o głębokości powyżej 30 m do 100 m, wykonywanych poza obszarami górniczymi, przygotowuje się projekt robót geologicznych zgłaszany właściwemu staroście. Na obszarze górniczym dodatkowe wymagania mogą obowiązywać niezależnie od głębokości.^[5]

Te progi nie są gotową instrukcją dla każdej inwestycji. Przepisy mogą się zmienić, a znaczenie ma dokładny rodzaj robót. Bezpieczna kolejność to wskazanie technologii, sprawdzenie lokalizacji i konsultacja procedury z projektantem oraz właściwym urzędem przed rozpoczęciem wierceń, wykonaniem studni lub pracą w zbiorniku.

Czy dolne źródło może służyć do chłodzenia?

Tak, ale sposób chłodzenia zależy od konstrukcji systemu. Rewersyjna pompa ciepła może odwrócić obieg i przenosić ciepło z budynku do powietrza, gruntu albo wody. W układzie gruntowym część instalacji może umożliwiać chłodzenie z ograniczoną pracą sprężarki, jeżeli przewidują to projekt, automatyka i odbiorniki. DOE opisuje grunt jako zimowy zasób ciepła i letni odbiornik energii z budynku.^[2]

Możliwość chłodzenia nie powinna być dopisana do projektu na końcu. Odbiorniki muszą pracować z odpowiednią temperaturą, instalacja wymaga kontroli kondensacji, a dolne źródło trzeba ocenić w bilansie całorocznym. Sam fakt posiadania sond albo studni nie oznacza, że każdy istniejący układ jest gotowy do chłodzenia.

Wybór dolnego źródła krok po kroku

1. Ustal projektowe zapotrzebowanie budynku na ciepło oraz wymagania instalacji po stronie odbiorników.
2. Sprawdź klimat, powierzchnię działki, istniejące instalacje, dostęp do gruntu i ewentualny zasób wody.
3. Odrzuć warianty niewykonalne technicznie lub formalnie, zanim zaczniesz porównywać urządzenia.
4. Dla pozostałych wariantów zamów dobór wymiennika, odwiertów lub studni razem z założeniami obliczeniowymi.
5. Porównaj pełny zakres inwestycji: roboty ziemne lub wodne, osprzęt, automatykę, serwis i możliwość chłodzenia.
6. Dopiero na tej podstawie wybierz pompę pasującą do temperatur i przepływów zaprojektowanego dolnego źródła.

Taka kolejność pozwala oddzielić decyzję o rodzaju źródła od wyboru marki urządzenia. Pompa i dolne źródło tworzą jeden układ. Nawet dobre urządzenie nie skompensuje źle wykonanego wymiennika, a starannie zaprojektowany obieg gruntowy lub wodny nie poprawi niedopasowanej pompy.

Które dolne źródło wybrać?

Dolnym źródłem ciepła może być powietrze zewnętrzne, grunt albo woda. Powietrze ogranicza zakres prac terenowych, lecz zmienia temperaturę wraz z pogodą. Grunt może zapewnić bardziej wyrównane warunki przez kolektor poziomy lub sondy pionowe, ale wymaga przestrzeni, rozpoznania podłoża i właściwego wymiarowania. Woda potrzebuje potwierdzonej wydajności, odpowiedniej jakości i zgodnego z prawem obiegu.

Ostateczny wybór powinien wynikać z obliczeń dla budynku i danych dla działki. Najpierw potwierdza się dostępność oraz parametry dolnego źródła, następnie projektuje wymiennik, a dopiero potem dobiera konkretną pompę. Dzięki temu porównanie obejmuje działający system, a nie trzy oderwane nazwy technologii.