970×90

Pompy ciepła współpracujące z gruntowymi wymiennikami ciepła.

pompa ciepła

Energia elektryczna produkowana na świecie, niemal w połowie zużywana jest przez powstające i istniejące budynki. Energia ta wykorzystywana jest do oświetlenia, ogrzewania, wentylacji i klimatyzacji. Pochłanianie dużej ilości energii elektrycznej na te cele, przyczynia się do wzrostu kosztów utrzymania budynku oraz produkcji gazów cieplarnianych. Wzrost świadomości społeczeństwa powoduje poszukiwanie alternatywnych metod tworzenia mikroklimatu w budynkach, które znacznie obniżyłyby emisję niepożądanych gazów np. dwutlenku węgla. Pompy ciepła uznane zostały jako źródła ciepła, posiadające największy potencjał długoterminowej redukcji emisji CO 2. Dzięki temu, że pompy ciepła wykorzystują czystą technologię pozyskiwania energii z odnawialnych źródeł, coraz częściej wykorzystywane są w krajach rozwiniętych i rozwijających się jako uzupełnienie, bądź nawet zastąpienie tradycyjnych systemów ogrzewania.

Pompy ciepła współpracują z wymiennikami gruntowymi pionowymi, poziomymi oraz palami energetycznymi. Grunt jest w stanie zapewnić odpowiednią różnicę temperatur do zasilania urządzenia. Charakteryzuje się on zbliżoną do stałej temperaturą w ciągu roku, już od głębokości 10 m. Wybór odpowiedniego wymiennika uwarunkowany jest dostępną powierzchnią gruntu.

 

Pionowe wymienniki ciepła

Sondy gruntowe wykonane w kształcie litery U, umieszcza się w odwiertach wykonanych na głębokości do 100 m. Sondy głębinowe stosowane są w przypadku gdy warunki zabudowy uniemożliwiają wykonanie kolektora płaskiego lub spiralnego. Minimalna odległość między odwiertami wynosi 5 m [5]. Zalecane jest stosowanie możliwie jak największych odległości między sondami, w celu szybszej regeneracji gruntu w czasie eksploatacji [4].

Poziome wymienniki ciepła

Kolektor płaski złożony jest z odcinków przewodów, z których każdy ma długość około 100 m. Wymiennik poziomy płaski układany jest w gruncie na głębokości 30 cm poniżej lokalnej strefy przemarzania. Odległość pomiędzy poszczególnymi odcinkami mieści się w zakresie 50 ÷ 80 cm [5]. Wymiennik ten pobiera ciepło promieniowania słonecznego, które przepływa w gruncie głównie w kierunku pionowym. Materiałem z jakiego wykonuje się przewody jest tworzywo sztuczne [3].

Pale energetyczne

Kolejnym wymiennikiem z jakim mogą współpracować pompy ciepła to pale energetyczne. Funkcję pali energetycznych pełnić mogą fundamenty budynków. Spełniają one wtedy dwa zadania: przenoszą obciążenia z budynku do gruntu oraz zapewniają wymianę ciepła między gruntem a obiegiem grzewczym budynku. Istnieje kilka zalet takiego rozwiązania. Niewątpliwą korzyścią jest brak konieczności wykonywania dodatkowych wykopów pod pale, ponieważ wykorzystywane jest miejsce na fundamenty. Głębokość tych wykopów mieści się w zakresie 10 ÷ 30 m i jest uzależniona od wysokości budynku oraz rodzaju terenu. Żelbetowe pale energetyczne są bardzo korzystne z uwagi na dużą pojemność cieplną materiału z jakiego zostały wykonane oraz lepszy mechanizm wymiany ciepła niż w przypadku sond gruntowych, w których jako wypełniacz stosowana jest mieszanka bentonitu charakteryzująca się wysoką opornością termiczną. Natomiast niewątpliwą wadą pali energetycznych jest ich ograniczona długość. Wpływa to na konieczność zastosowania wielu pali w celu pobrania wymaganej ilości ciepła. Dodatkowo ze względu na długość są narażone na wahania temperatury gruntu [2].

W ciągu ostatniej dekady znacząco nasiliły się obawy związane z zanieczyszczeniem środowiska oraz zmianą klimatu. Wzrosło zainteresowanie alternatywnymi źródłami energii o wysokiej wydajności i niskiej emisji zanieczyszczeń. Pompy ciepła zasilane z gruntu okazały się alternatywnymi źródłami ciepła przyjaznymi dla środowiska i generującymi niskie koszty utrzymania. Zgodnie ze scenariuszem zakładającym zmniejszenie poziomu emisji CO 2 w roku 2050 o 50 % w stosunku do poziomu z roku 2007, szacowana ilość urządzeń pomp ciepła zamontowanych w sektorze mieszkaniowym będzie wynosiła 3,5 miliarda. Taka ilość pomp ciepła pozwoli na zredukowanie ilości uwalnianego do atmosfery CO 2 o 1,25 Gt [1].

Opracowała: mgr inż. Matyjaszczyk Wiktoria
Źródło:
1. Moreno P., Solé C., Castell A.,Cabeza L., 2014, The use of phase change materials in domestic heat pump andair-conditioning systems for short term storage: A review, Renewable and Sustainable Energy Reviews, 39,1-13.

2. Morrone B., Coppola G., Raucci V.,2014, Energy and economic savings using geothermal heat pumps in different climates, Energy Conversion and Management, 88, 189-198.
3. Pisarev V., Projektowanie instalacji grzewczych z pompami ciepła, Oficyna Wydawnicza Politechniki Rzeszowskiej, Rzeszów 2013.
4. Qian H., Wang Y., 2014, Modeling the interactions between the performance of ground sourceheat pumps and soil temperature variations, Energy for Sustainable Development, 23, 115-121.
5. Zawadzki M., Kolektory Słoneczne Pompy Ciepła Na Tak, Polska Ekologia, Warszawa 2003.

Zostaw odpowiedź

Twój adres e-mail nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *


+ 4 = dwanaście