Pompa ciepła gruntowo-wodna

1.Jak działa pompa ciepła gruntowo-wodna?

Pompa ciepła grunt-woda wykorzystuje ciepło z ziemi do swojego działania. Aby to ciepło można było wykorzystać, konieczne jest zainstalowanie sond lub kolektorów - w zależności od typu systemu grunt-woda - które wygenerują ciepło i przekażą je za pomocą prądu z ziemi na nośnik ciepła, czyli wodę. Jeśli, podobnie jak w przypadku instalacji urządzenia typu woda-woda, ochłodzona i wykorzystana woda zostaje odprowadzona z powrotem do podziemnego przepływu poprzez drugi otwór, mamy do czynienia z "otwartym" systemem, gdzie woda przepływa z jednej studni do drugiej, co powoduje nieco inny sposób działania urządzeń.

1.1. Pompa ciepła gruntowo-wodna: zamknięty system operacyjny

U systemu grunt-woda, chłodna, wykorzystana woda jest odprowadzana z powrotem do kolektora, gdzie ponownie jest podgrzewana i kontynuuje swoją drogę z powrotem do budynku. System, w którym działa, nazywa się "zamkniętym", ponieważ w nim krąży ta sama woda - schłodzona woda jest przekazywana z powrotem do ziemi przez ten sam obieg, a cykl się powtarza.

1.2. W jaki sposób gruntowo-wodna pompa ciepła wytwarza ciepło?

Przetwarzanie ciepła z gruntu na użyteczną energię zależy od rodzaju urządzenia i systemu. Pompa ciepła grunt-woda, która ma sondę, pobiera ciepło z głębszych warstw ziemi, gdzie w wyniku rozpadu radioaktywnych cząstek powstaje energia geotermalna. Jednak pompa z kolektorami poziomymi wykorzystuje także inne rodzaje energii, czyli energię słoneczną, która gromadzi się w warstwach bezpośrednio poniżej powierzchni (na głębokości kilku metrów) w ciągu roku.

2. Jakie są zalety pompy ciepła grunt-woda?

2.1. Pompa ciepła gruntowo-wodna jest bardzo wydajna

Pompa ciepła grunt-woda jest bardzo wydajna, ponieważ osiąga wysokie wartości tzw. współczynnika wydajności. Najbardziej efektywną pompą ciepła grunt-woda jest ta z sondą geotermalną, podczas gdy średnio wszystkie pompy ciepła grunt-woda osiągają roczny współczynnik wydajności na poziomie 3,8. Ponieważ pompa ciepła gleba-woda wykorzystuje stałe ciepło z warstw ziemi, jest odpowiednia do pracy jako źródło monowalentne. Oznacza to, że może być używana jako jedyne źródło ciepła do ogrzewania całego budynku i wody użytkowej, bez potrzeby korzystania z jakiegokolwiek innego źródła.

2.2. Gruntowo-wodna pompa ciepła umożliwia chłodzenie

Dodatkową zaletą jest to, że pompy ciepła grunt-woda, podobnie jak te woda-woda, umożliwiają pasywne chłodzenie latem. Jest to możliwe, ponieważ gleba utrzymuje stałą temperaturę, co oznacza, że zimą jest wyższa, a latem niższa niż temperatura powietrza, co systemy wykorzystują na swoją korzyść.

3. Pompa ciepła gruntowo-wodna – dwa rodzaje konstrukcji

Na rynku dostępne są trzy różne typy systemów pomp ciepła gleba-woda, a wybór i instalacja zależą w dużej mierze od topografii i naturalnych zasobów działki, na której znajduje się budynek, oraz od zapotrzebowania energetycznego gospodarstwa domowego. Ogólnie rzecz biorąc, istnieją dwie główne różnice między tymi urządzeniami i systemami: pierwszy to system z sondą geotermalną lub kolektorem pionowym, a drugi to system z kolektorami poziomymi.

4. Pompa ciepła grunt-woda: geosonda

4.1. Geosonda lub pionowy kolektor gruntowy

Ten sposób instalacji pompy ciepła grunt-woda jest technicznie najbardziej wymagający i tym samym najdroższy spośród wszystkich. Geosonda lub kolektor pionowy sięga niezwykle głęboko nawet ponad 100 m poniżej powierzchni, dlatego wymaga profesjonalnego i fachowego wykopania studni, co samo w sobie wiąże się z dość dużym kosztem. Dla domów jednorodzinnych zazwyczaj wierci się studnię o głębokości od 150 do 300 m, a dla obiektów publicznych i większych nawet 600 metrów lub więcej.

Głębokość studni zależy również od liczby sond geotermalnych na obiekcie - jeśli jest ich mniej, muszą być głębsze, ale w każdym przypadku tworzy się co najmniej dwie - jedną dla rury doprowadzającej i jedną dla rury odprowadzającej.

4.2. Geosondy i odwierty

Przed rozpoczęciem jakichkolwiek prac konieczna jest geologiczna analiza gruntu. Gdy studnie są gotowe, w ziemi zakłada się co najmniej dwie geosondy - jedną do dostarczania wody, a drugą do odprowadzania, obie są podłączone do pompy ciepła. Wymiennik ciepła lub medium przepływa przez rurki. Jest to mieszanka zimnej wody i pewnego rodzaju płynu chłodzącego (antyfryzu). Ten płyn jest podgrzewany w głębi ziemi, a następnie wraca na powierzchnię, dokładniej do wewnętrznej jednostki pompy ciepła. Tam odbywa się proces kompresji, który jeszcze bardziej podnosi temperaturę wody - aż do 60°C. Następnie woda z wewnętrznej jednostki przemieszcza się do końcowych przekaźników ciepła, czyli grzejników, kolektorów lub rur ogrzewania podłogowego lub sufitowego. 

4.3. Wady i zalety geosond

Geosondy są produktami, w których aspekt techniczny jest znacznie ważniejszy od estetycznego. Biorąc pod uwagę, że na powierzchni widoczne są tylko dwie pokrywy lekko wystające ponad ziemię, otoczone trawą, jasne jest, że w tym przypadku estetyka nie odgrywa głównej roli. Geosonda wymaga bardzo mało miejsca, więc ten system jest odpowiedni nawet dla bardzo małych działek. Właśnie ze względu na taką dużą głębokość geosonda zapewnia źródło ciepła, które nie jest podatne na wpływ zmiennych, powierzchniowych ani atmosferycznych czynników. Można śmiało powiedzieć, że jedynym mankamentem geosondy jest jej cena, ponieważ jest to najdroższa wersja pompy ciepła. Jednak wartość w postaci stabilności i niezależności od warunków atmosferycznych może sprawić, że jest to korzystna inwestycja w dłuższej perspektywie.

5. Gruntowo-wodna pompa ciepła: kolektory poziome

5.1. Kolektory poziome tuż pod powierzchnią gruntu

W przeciwieństwie do geosondy, poziome kolektory geotermalne nie wymagają głębokich studni. Znajdują się bezpośrednio pod powierzchnią, na głębokości około jednego do dwóch metrów i wykorzystują ciepło górnych warstw ziemi. Kolektory to rurki rozmieszczone na większej powierzchni pod powierzchnią ziemi. Powierzchnia, którą zajmą poziome kolektory, zależy od zapotrzebowania energetycznego gospodarstwa domowego - większa powierzchnia dostarcza więcej ciepła.

Poziome kolektory geotermalne pobierają ciepło z górnych warstw ziemi i muszą być wzajemnie oddalone co najmniej o 70 cm. To zapewnia odpowiednią efektywność i skuteczność działania systemu.

Kolektory są połączone z wewnętrzną jednostką pompy ciepła, która dodatkowo podgrzewa nośnik ciepła (wodę) i przesyła go do końcowych odbiorców, które następnie przekazują ciepło do pomieszczenia (konwektory, ogrzewanie podłogowe lub ścienną, grzejniki itp.). To umożliwia skuteczne i równomierne rozprowadzenie ciepła w budynku.

5.2. Zalety i wady

Chociaż taki system jest tańszy niż geosonda, wymaga znacznej powierzchni terenu, którą może się okazać, że nie masz do dyspozycji. Kolektory poziome są zatem bardziej odpowiednie dla wiejskich działek, gdzie przestrzeń jest bardziej dostępna i można łatwiej zaaranżować odpowiednią powierzchnię na ich instalację. Dla osób posiadających większe działki na wsi, jest to korzystna opcja ze względu na wydajność i niższe koszty instalacji. Dodatkową dużą wadą jest fakt, że ze względu na akumulację ciepła i wyższe temperatury powierzchniowej warstwy, na miejscu, gdzie są zainstalowane kolektory, trawa słabo rośnie, co może być problemem z estetycznego punktu widzenia, ponieważ może sprawiać wrażenie zaniedbanej działki. Jednak zalety to prostsza instalacja i niższe koszty, zdecydowanie niższe niż wydatki na pompy ciepła z geosondą, co czyni to rozwiązanie atrakcyjnym dla osób, które mają ograniczony budżet lub dostępność terenu.

6. Ile kosztuje pompa ciepła gruntowo-wodna?

Pompa ciepła gruntowo-wodna jest najdroższą ze wszystkich trzech typów pomp ciepła. Dokładna cena zależy od sposobu wykonania, przy czym geosonda jest droższa od kolektorów poziomych. W sumie okazuje się, że cena waha się między 35 000 a 55 000 zł.