Wydajne pompy ciepła.

Odwiert wypełniony

   Pompy ciepła „tłoczą" ciepło z dołu do góry, zarówno w sensie fizycznym, jak i termodynamicznym. Ciepło czerpane jest z ziemi lub wody, ale też z powietrza, i przekazywane do budynku. Temperatura źródeł jest niższa od temperatury ogrzewanych obiektów. Pompa wymusza więc przepływ ciepła w nienaturalnym kierunku. Mówimy o dolnym i górnym źródle ciepła. Aby pompy były odpowiednio wydajne, dolne źródło ciepła powinno być właściwie wykonane i przygotowane do eksploatacji. Czy jest to proste zadanie?

   Od użycia właściwego materiału i prawidłowego wypełnienia odwiertu zależy, w znacznym stopniu, przekazywanie ciepła do cieczy roboczej dolnego źródła. Niestety, częstą praktyką jest wypełnianie odwiertu urobkiem uprzednio wydobytym z odwiertu. Nie jest to praktyka godna polecenia, nie gwarantuje dobrego wypełnienia i należytego kontaktu termicznego gruntu z sondą, zwłaszcza gdy odwiert przechodzi przez twarde i sztywne warstwy oraz gdy urobek jest sypany od góry. Po operacji wypełnienia odwiertu przystępuje się do wyciągania rur osłonowych i sukcesywnego uzupełniania odwiertu wypełniaczem.

   Jeden odwiert o głębokości 100 m, w zależności od struktury geologicznej i nasycenia gruntu wodą, może zaspokoić potrzeby grzewcze na poziomie od ok. 2 kW (suchy piasek) do ok. 7 kW (granit lub gneiss). Ta różnica wskazuje też, jak bardzo można się pomylić przy projektowaniu dolnego źródła, jeśli zignoruje się wiedzę geologiczną.

Praca dolnego źródła
   Dolne źródło zmienia swoją temperaturę w ciągu sezonu grzewczego, jak też i w całym okresie eksploatacji. Użytkownik może z zaskoczeniem obserwować różnice w pracy pompy latem i zimą, i zastanawiać się, dlaczego z każdym rokiem płaci więcej za energię elektryczną, jaką zużywa sama pompa ciepła. Naturalne jest, że obszar dolnego źródła w okresie zimy, gdy jest największe zapotrzebowanie itp., to uzyskane wyniki wyglądałyby znacznie gorzej. Niestety, istnieje więcej możliwości złego doboru i wykonania dolnego źródła niż dobrego. Producenci i dystrybutorzy pomp ciepła powinni przywiązywać dużą wagę do prawidłowego instalowania ich pomp. Niektórzy z nich doceniają wagę tego zadania; delegują swoich pracowników do bezpłatnej, profesjonalnej pomocy inwestorowi na każdym etapie wykonywania prac i instalują w pompie ciepła specjalne, darmowe urządzenia do monitorowania przez internet pracy pompy w ciągu kilku lat. Dzięki temu użytkownik, który poniósł znaczne koszty inwestycyjne, może nie obawiać się przykrych niespodzianek w czasie eksploatacji pompy ciepła.

   Powyższe wyniki pokazane na rys. 1 i 2 zostały uzyskane dla idealnie dobranego i wykonanego dolnego źródła ciepła. Jeśli zostałyby popełnione błędy na etapie projektu, oceny zapo trzebowania na ciepło, oceny geologicznej, wykonania i wypełnienia odwiertu, doboru mocy pompy ciepła na ciepło, będzie obniżał swoją temperaturę na skutek większego poboru ciepła w porównaniu do tego, co dopływa do źródła z dalszych obszarów.

   Różnice temperatur dolnego źródła w ciągu roku mogą wynosić od kilku do nawet kilkunastu stopni Celsjusza. Na rys. 1 pokazane są wyniki pomiaru minimalnej temperatury płynu dolnego źródła, jaki wpływa do pompy ciepła w ciągu roku.

   Temperatura dolnego źródła będzie zmieniać się w każdym kolejnym roku. Zarówno najwyższa temperatura dolnego źródła (początek sezonu grzewczego,) jak i najniższa (koniec sezonu grzewczego) w kolejnych la tach będą wykazywać ciągłą tendencję spadkową (rys. 2). Największe różnice wystąpią w drugim roku eksploatacji pompy ciepła. W kolejnych latach różnice będą coraz mniejsze, ale nawet po 25 latach eksploatacji dolnego źródła jego temperatury będą ciągle spadać o ułamek stopnia. Wraz ze spadkiem minimalnej temperatury dolnego źródła będzie spadał współczynnik efektywności energetycznej pompy ciepła, a to oznacza wyższe (nieznacznie) koszty eksploatacji.
 

Zgodnie z prawem
Na koniec kilka uwag na temat prze pisów prawnych dotyczących wykonywania odwiertów. Zwrócenie się do, jak się wydaje, odpowiednich urzędów różnego szczebla z pytaniem: jakie są w naszym kraju wymagania prawne odno śnie wykonywania odwiertów do pomp ciepła, wywołuje najczęściej reakcje zaskoczenia urzędników. Istnieje ustawa Prawo geologiczne i górnicze (Dz. U. z 2005 r. nr 228, poz. 19 x 47), w której można znaleźć kilka prawnych wskazówek dotyczących projektowania i wykonywania badań oraz prac i robót geologicznych na potrzeby wykorzystania ciepła Ziemi. Poniżej zacytowane zostały w całości, co wydaje się słuszne w sytuacji, gdy są one niemal powszechnie nieznane.
 

Art. 6. W rozumieniu ustawy: 2) pracą geologiczną jest projektowanie i wykonywanie badań w celu ustalenia budowy geologicznej kraju, (...) oraz projektowanie i wykonywanie badań na potrzeby wykorzystania ciepła Ziemi lub ujmowania wód podziemnych;
Art. 33. 4. Projekt prac geologicznych wykonywanych w celu wykorzystania ciepła Ziemi podlega zgłoszeniu właściwemu organowi administracji geologicznej.
Art. 33a. 1. Do wykonywania prac geologicznych, o których mowa w art. 33 ust. 4, można przystąpić, jeżeli w terminie 30 dni od dnia przedłożenia projektu tych prac właściwy organ nie wniesie w drodze decyzji sprzeciwu.
2. Właściwy organ wnosi sprzeciw, jeżeli:
1)  zgłoszony projekt nie odpowiada wymaganiom określonym w przepisach prawa geologicznego i górniczego;
2)  prace geologiczne zaprojektowano:
a)  w obrębie obszaru zasobowego ujęcia wód podziemnych i istnieje zagrożenie, że może to oddziaływać negatywnie na jakość ujmowanych wód,
b)  w obrębie obszarów górniczych wyznaczonych w koncesjach na wydobywanie wód leczniczych współwy-stępujących z wodami podziemnymi oraz w koncesjach na wydobywanie torfów leczniczych.
16) wykorzystaniem ciepła Ziemi jest odbiór energii z gruntu lub górotworu za pośrednictwem nośników energii wprowadzonych do otworu wiertniczego.
Art. 35. 1. Wykonawca prac geologicznych jest obowiązany zgłosić zamiar przystąpienia do wykonywania robót geologicznych właściwemu organowi administracji geologicznej, or -
ganowi nadzoru górniczego oraz wójtowi, burmistrzowi lub prezydentowi miasta właściwym ze względu na miejsce wykonywanych robót.
Art. 67a. 1. Przepisów o planach ruchu zakładu górniczego nie stosuje się do:
2)  robót geologicznych wykonywanych poza granicami obszaru górniczego, gdy projektowana głębokość wyrobiska nie przekracza 100 m i wy konywanych bez użycia materiałów wybuchowych;
3)  wykonywania robót geologicznych związanych z wykorzystaniem ciepła Ziemi.
Art. 102. 1. O ile przepis szczególny nie stanowi inaczej, do zakresu działania administracji geologicznej należy wykonywanie zadań określonych ustawą, a w szczególności:
8) gromadzenie danych o wykona nych otworach wiertniczych w celu wykorzystania ciepła Ziemi.
W przygotowaniu jest nowa ustawa Prawo geologiczne i górnicze. Według projektu ustawy, cytuję fragment uzasadnienia: „Zliberalizowano wymagania dotyczące wykonywania robót geologicznych w związku z wykonywaniem wierceń na potrzeby pozyskiwania ciepła Ziemi, kiedy to wystarczające będzie przedłożenie projektu ich wykonywania, bez potrzeby za twierdzania go (art. 84 projektu).

AUTOR: Jan Siedlaczek
ŹRÓDŁO: Magazyn Instalatora

Dowiedz się więcej o firmie: Magazyn Instalatora - lider wśród czasopism branży instalacyjnej

---