Gruntowa pompa ciepła z kolektorem pionowym - odwierty i montaż sondy

W przypadku gruntowej pompy ciepła źródłem ciepła jest kolektor poziomy lub pionowy - sonda gruntowa. Zaletą wykorzystywania sondy gruntowej jest wysoka efektywność związana z niewielką podatnością gruntu na zmiany warunków atmosferycznych. Kolektor pionowy daje możliwość ogrzewania domu gruntową pompą ciepła, jeśli działka ma niewielką powierzchnię.

Gruntowa pompa ciepła z kolektorem pionowym

Gruntowy kolektory pionowy zwany sondą gruntową stanowi instalację dolnego źródła dla pomp ciepła ogrzewających budynek. Podczas doboru parametrów sond należy pamiętać, aby wielkość instalacji dostosować do rocznego zużycia ciepła w budynku. Wewnątrz rur kolektora znajduje się czynnik chłodniczy (najczęściej roztwór glikolu monopropylenowego), którego obieg wymuszają pompy obiegowe dolnego źródła. Roztwór wychładza się w parownikach gruntowych pomp ciepła do temperatury niższej od temperatury gruntu. Chłodniejszy roztwór ogrzewa się od gruntu, odbierając w ten sposób energię cieplną i transportując ją do gruntowych pomp ciepła. Czynnik chłodniczy znajdujący się w obiegu zamkniętym nie ma kontaktu z gruntem lub wodami gruntowymi, jest substancją obojętną dla środowiska, łatwo ulegającą biodegradacji w środowisku wodnym.

Gruntowa pompa ciepła - wykonanie odwiertu próbnego

Przeprowadzenie odwiertu próbnego umożliwia zgromadzenie i analizę niezbędnych informacji o pojemności cieplnej gruntu i jej budowie hydrogeologicznej. Na wydajność dolnego źródła mają wpływ takie parametry, jak wilgotność, udział pierwiastków mineralnych, jak i pęcherzyków powietrza. Suchy grunt piaszczysty ma najmniej korzystne parametry do odbioru ciepła. Natomiast najkorzystniejsze parametry uzyskuje się, gdy wymiennik ciepła umieszczony jest w strumieniu wody gruntowej - pozwala to na szybką odbudowę potencjału energetycznego dolnego źródła. Przewodnictwo cieplne skał, a także średnia temperatura wykonanego otworu nie mogą zostać obliczone ani bezpośrednio zmierzone bez wykonania odwiertu. Opór cieplny otworu można wyznaczyć metodami obliczeniowymi, jednak wykonane dane pomiarowe pozwalają otrzymać realne wyniki, uwzględniające takie parametry, jak np. zwiększenie średnicy otworu związane z rozmyciem płuczką wiertniczą, czy niedokładności w wypełnieniu wymiennika uszczelniaczem.

• Czytaj też: Pompy ciepła. Rodzaje dolnych źródeł ciepła

Po zebraniu wszystkich danych, a także pozwoleń urzędowych, można przystąpić do projektowania odpowiednich odwiertów. Roboty montażowe kolektora dolnego źródła ciepła gruntowej pompy ciepła powinny być tak zaplanowane, aby zakończyć wszystkie prace związane z ułożeniem i próbami technicznymi przed wystąpieniem ujemnych temperatur powietrza zewnętrznego. Odwiert, do którego wprowadzane są pionowe odcinki rur polietylenowych o określonej średnicy, wykonuje się wiertnicą mechaniczną, metodą wiercenia obrotowego z płuczką przy gruntach miękkich, natomiast w przypadku gruntów twardych metodą wiercenia obrotowo-udarowego z młotkiem dolnym. Odwiertami powinna zająć się doświadczona, specjalistyczna firma wiertnicza, przestrzegająca podczas prac prawa geologicznego i górniczego.

Gruntowa pompa ciepła - montaż sondy gruntowej

Głębokość odwiertu dla gruntowej pompy ciepła jest ściśle uzależniona od takich czynników jak, dostępność miejsca, ilość energii potrzebnej do uzyskania z gruntu, względy ekonomiczne, jak i możliwości technicznie firmy wykonującej odwiert. Odwierty mogą sięgać ok. 100 m głębokości, jednak ze względu na wzrost temperatury gruntu wraz ze zwiększeniem głębokości, a tym samym wiekszą efektywnością oraz stabilnością pracy pompy, coraz częściej stosuje się dłuższe kolektory, np. 200-metrowe.Przy projektowaniu instalacji należy rozważnie podchodzić do kwestii rozmieszczenia sond, aby nie doprowadzić do nadmiernej eksploatacji dostępnych zasobów ciepła oraz zapewnić regenerację sond w okresie letnim. Minimalna odległość między odwiertami powinna wynosić:

• 6 m dla długości sond < 70 m;
• 8 m dla długości sond 70-100 m;
• min. 8% głębokości odwiertu dla długości sond 100 m.

Przed wprowadzeniem sondy do otworu wiertniczego należy przeprowadzić próbę ciśnieniową zgodnie z "Warunkami technicznymi wykonania i odbioru rurociągów z tworzyw sztucznych", która ma na celu wykluczenie możliwości uszkodzenia sondy, np. podczas jej transportu. Po uzyskaniu pozytywnego wyniku testu ciśnieniowego można aplikować sondę pionową do otworu wiertniczego za pomocą rozwijarki. Obsadzenie sondy w otworze wiertniczym powinno zostać wykonane według szczegółowych wytycznych, zawartych w projekcie prac geologicznych. Po zamontowaniu rur w otworze następuje osunięcie rur osłonowych, zamulenie i samozasyp otworu. Podczas wprowadzania sondy do odwiertu narażona jest ona na wszelkiego rodzaju zarysowania i uszkodzenia, wynikające z małej średnicy otworu montażowego, niezastosowania przywiedzianej w projekcie rury osłonowej, bądź niedostatecznego związania ścian odwiertu na czas aplikacji, itp.

Gruntowa pompa ciepła - właściwości materiału wypełniającego

Aby nie dopuścić do migracji wód pomiędzy poszczególnymi poziomami wodonośnymi, należy zwrócić uwagę na rodzaj materiału do wypełniania przestrzeni otworu wiertniczego. Materiał ten powinien spełniać odpowiednie parametry:

• współczynnik przewodzenia ciepła λ powinien wynosić od 1-2 W/m∙K,
• brak szkodliwego oddziaływania na środowisko (wody gruntowe),
• stabilność - np. betonit w przypadku zbytniego wysuszenia ma tendencje do kurczenia się i oddawania wody, powodując powstawanie pustych przestrzeni,
• mrozoodporność na cykliczne zamarzanie i odmrażanie. Przy zastosowaniu tradycyjnych, niemrozoodpornych wypełnień następuje ich degradacja, powodując utratę wymaganych właściwości wypełniacza,
• niski współczynnik przepuszczalności wody, zapewniający szczelność pomiędzy poszczególnymi warstwami wodonośnymi.