Najcieplejszym, dolnym źródłem ciepła mogą być ścieki, woda powrotna w systemach ciepłowniczych, gazy lub powietrze ogrzewane w jakimś procesie technologicznym. Rzadko jednak zdarza się by ten rodzaj źródła ciepła stosowany był w budownictwie jednorodzinnym. Zastosowanie znajduje zwykle w przemyśle bądź budownictwie komunalnym.
Rodzaje źródeł odnawialnych, stosowanych w ogrzewaniu pompami ciepła przedstawione są na schemacie poniżej:
Woda gruntowa
Posiada temperaturę około 10°C, która nie zależy od głębokości i pory roku. Rozwiązanie jest więc korzystne pod względem sprawności, niezbyt drogie inwestycyjnie ale wymaga sprawdzenia parametrów wody, która może powodować korozję wymiennika ciepła. System dolnego źródła na bazie wody gruntowej składa się z dwóch studni: studni czerpalnej, w której zainstalowana jest pompa głębinowa (dobierana przez firmę wiertniczą uprawnioną do wierceń studni) oraz drugiej studni chłonnej. Powinny się znajdować minimum 15 metrów od siebie.
Grunt
Już na głębokości ok. 1,5 m (tzw. strefa zamarzania gleby) ziemia utrzymuje stałą temperaturę pomiędzy 0⁰C a 8⁰C. Na głębokości do mniej więcej 10m od powierzchni ziemi znajduje się ciepło pochodzące z promieni słonecznych. Co ciekawe, temperatura na tym poziomie jest właściwie stała, niezależnie od pory roku i wynosi około 10⁰C. Natomiast już na głębokości 20m ciepło pochodzi zarówno ze słońca, jak i z wewnętrznego przewodzenia ziemi i jest bardziej stabilne. Ziemna pompa ciepła pobiera ciepło z gruntu za pomocą odpowiednich instalacji i przy pomocy sprężarki kondensuje ciepło, rozprowadzając je w urządzeniach grzewczych.
Kolektor gruntowy to kilkaset metrów zakopanej pod ziemią wody w której przepływa glikol, mający temperaturę od -2 do +5°C. Sprawność systemów z kolektorem gruntowym napełnionym glikolem jest nieco gorsza niż dla wody gruntowej (COP = 4 ÷ 5). Jeśli chodzi o zalety to jest to układ niewrażliwy na zanieczyszczenia, zmiany warunków hydrogeologicznych. Dodatkowo cechuje go niezawodność.
- kolektor poziomy płaski
Instalacja wykonana jest z rur PE o średnicy 1 cala, układanych w wykopie o głębokości ok. 1,5 m, czyli poniżej strefy przemarzania, ale nie głębiej niż 2 m. Jest to zwykle kilka pętli, czyli odcinków rur o długości ok. 100 m. Podział rury kolektora przykładowej długości 500 m na pięć równoległych pętli długości 100 m ma na celu zmniejszenie oporów przepływu, aby pompa obiegowa wymuszająca przepływ glikolu nie musiała osiągać dużych mocy, zmniejszając tym samym efektywną sprawność systemu ogrzewania. Przy odstępach między rurami rzędu 0,5 ÷ 0,8 m z jednego m² gruntu z kolektorem otrzymuje się moc 10 ÷ 40 W, w zależności od rodzaju gleby. Gliniasty i wilgotny grunt oddaje więcej ciepła (30 ÷ 40 W), niż piaszczysty, suchy (10 ÷ 20 W). Rury wypełnione są roztworem glikolu, dawniej stosowano solankę.
Przykładowy układ pętli kolektora płaskiego
- kolektor spiralny
Zaletą kolektora spiralnego jest to, że wykopanie kilku rowów o szerokości do 1m i długości do 20 m jest łatwiejsze niż zdjęcie niemal dwumetrowej warstwy gruntu z dużej powierzchni działki. Odległości między rowkami nie powinny być mniejsze niż 3m.
Przykładowy układ pętli kolektora spiralnego
- kolektor pionowy
Stosowany w przypadku ograniczonej powierzchni. Do odwiertów o głębokości od 30 do 150 metrów, wkłada się sondy (zgięte rury), w których krąży glikol. Długość sond zależy od warunków geologicznych. Czynnik ma stabilną temperaturę w ciągu całego roku, około 3-7⁰C. Niestety jest to rozwiązanie bardzo drogie.
- kolektor z bezpośrednim parowaniem
W systemie bezpośredniego parowania czynnik chłodniczy cyrkuluje jako medium przenoszące ciepło w kolektorze gruntowym, gdzie odrazu odparowuje. Poprzez bezpośrednie parowanie osiągamy najwyższe współczynniki efektywności i najwyższe bezpieczeństwo użytkowania, ponieważ odpadają dodatkowe wymienniki ciepła i pompy obiegowe.
Powietrze
Najtańsze rozwiązanie ale mało efektywne. W zimie sprawność takiego systemu, przy ujemnych temperaturach na zewnątrz, spada do wartości 2-3, jednocześnie maleje też moc grzewcza i pomieszczenia mogą być niedogrzane. Dlatego zwykle stosuje się tzw. system biwalentny, tj. poniżej pewnej granicznej temperatury zewnętrznej (np. -8°C) włącza się drugie urządzenie grzewcze – grzałka lub kocioł c.o. Od tego punktu pracy oba urządzenia grzewcze pracują równolegle. Przy dalszym spadku temperatury zewnętrznej o kolejne kilka st.C następuje wyłączenie pompy ciepła i całe obciążenie grzewcze przejmuje drugie urządzenie grzewcze (kocioł c.o.).
Budynki jednorodzinne korzystają zwykle z powietrza zewnętrznego. W instalacjach przemysłowych możliwe jest również wykorzystanie ciepłego powietrza z pomieszczeń lub ogrzanego w wyniku procesów produkcyjnych.
źródło:
1) www.budujemydom.pl
2) www.kolektory.biz