Zasady działania pomp gruntowych prostym językiem

Podczas rozmów z potencjalnymi klientami zainteresowanymi zakupem gruntowych pomp ciepła stoimy często przed problemem wytłumaczenia jak właściwie działa ta pompa i skąd pobiera tą energię potrzebną do ogrzania domu, jeżeli w gruncie jest jedynie kilka stopni.

Zamiast tłumaczyć działanie parownika, skraplacza, zaworów rozprężnych sprężarki i innych elementów pompy ciepła, staramy się zawsze porównać działanie gruntowej pompy ciepła do prostszych urządzeń z którymi nasi klienci spotkali się już w codziennym życiu.

Wyjaśnienie zasady działania pompy ciepła rozpocznę od odpowiedzi na pytanie – jak to jest że z gruntu który ma kilka stopni uzyskujemy temperaturę 23C w naszym domu?

Aby to zrozumieć warto zadać sobie pytanie: w którym ciele jest więcej energii: w sześcianie ze stali o temperaturze 100C o wymiarach 10cmx10cm na 10cm, czy w sześcianie ze stali o temperaturze 10C o wymiarach 10mx10mx10m?

Odpowiedź jest prosta i większość ludzi odpowiada prawidłowo, że w drugim sześcianie. Świadomość tego faktu, jest pierwszym krokiem do zrozumienia działania pomp ciepła.

Bardzo pomocne okazuje się również przypomnienie, że ciało nie posiada energii dopiero w temperaturze zera bezwzględnego, czyli przy temperaturze -273,15C!. Jeżeli ma temperaturę wyższą to posiada energię, którą można wykorzystać!

Jeżeli wiemy że w gruncie mamy dużo energii, to teraz należy wytłumaczyć jak ją przetransportować aby ogrzać nasz dom.Temu służy właśnie pompa ciepła. Powszechnie uważa się zadaniem pompy ciepła jest jedynie przetransportowanie energii z gruntu do naszego domu! Pompy ciepła transportują więc energię z ciała o niższej temperaturze do ciała o wyższej temperaturze, a więc przeciwnie do drugiej zasady termodynamiki, o czym uczyliśmy się w szkole.

Do przetransportowania energii wbrew prawom fizyki potrzebna jest dodatkowa porcja energii. W pompie ciepła taką rolę pełni sprężarka.

Aby zrozumieć jej działanie wystarczy zrobić eksperyment i wziąć zwykłą strzykawkę, zasłonić jej otwór palcem i przesuwając tłok strzykawki sprężyć znajdujące się w niej powietrze. Odsuwając delikatnie palec od ujścia strzykawki poczujemy, że temperatura powietrza opuszczającego strzykawkę jest znacznie wyższa niż temperatura otoczenia.

Na tej samej zasadzie działa sprężarka pompy ciepła. Rolę powietrza użytego w strzykawce pełni specjalny czynnik chłodniczy, który pobierając energię niskotemperaturową z gruntu w wyniku sprężania zapewnia ciepło w naszych domach. Rolę siły naszych mięśni pełni prąd napędzający sprężarkę.

Wbrew powszechnej opinii należy podkreślić,że pompa ciepła nie tylko transportuje energię ale także ją generuje.

Generatorem energii w pompie ciepła jest właśnie sprężarka, która zamienia poprzez sprężanie czynnika chłodniczego najcześciej energię elektryczną na energię temperatury i ciśnienia czynnika chłodniczego.

W dobrze zaprojektowanej pompie ciepła ilość energii elektrycznej w całkowitej ilości energii dostarczanej naszemu domowi waha się od około 20% do 30%, czyli ponad 70%energii pochodzi z gruntu. Udział energii elektrycznej w pompie ciepła w całkowitej energii przekazywanej do naszego domu zależy głównie od 2 czynników – od temperatury dolnego źródła czyli naszego gruntu (czym wyższa temperatura tym mniej energii pobiera sprężarka) i od temperatury zasilania górnego źródła, czyli temperatury którą zasilamy nasz system ogrzewania w domu (im niższa temperatura ogrzewania tym mniejszą pracę musi wykonać sprężarka i tym mniej energii zużyje).

Nie oznacza to wcale że sondy pionowe są zawsze lepsze od wymiennika poziomego, gdyż wraz z pobieraniem energii z gruntu temperatura dolnego źródła spada i jeżeli na początku sezonu w przypadku wymiennika pionowego pobieramy temperaturę około 8C to pod koniec sezonu może to byc juz tylko -3C! I i wtedy włączy nam się grzałka która będzie wspomagała działanie pompy. Warto podkreślić, że długość wymiennika pionowego, należy tak dobrać, aby spadek temperatury w czasie sezonu grzewczego był jak najmniejszy. Należy pamietać, że regeneracja wymiennika zależy od wielu parametrów gruntu oraz grubości warstw wodonośnych. Czym grunt bogatszy w w warstwy wodonośne tym regeneracja wymiennika jest lepsza.

Wymienniki poziome co prawda nie posiadają tak wysokiej temperatury jak pionowe wymienniki, lecz dobrze zaprojektowane znacznie lepiej regenerują się poprzez infiltrujące do gruntu wody opadowe, śnieg oraz promieniowanie słoneczne i nierzadko zdarza się że roczna energia uzyskana z wymienników poziomych jest większa niż z sond pionowych.

Zawsze więc zachęcamy naszych klientów, aby instalację ogrzewania podłogowego, ściennego lub grzejnikowego zaprojektowała i wykonała wyspecjalizowana firma gdyż źle zaprojektowane rozprowadzenie ciepła może skutkować wyższymi kosztami ogrzewania oraz przegrzaniem lub niedogrzaniem niektórych pomieszczeń. Często za ten stan rzeczy obwiniamy niesłusznie pompę ciepła. Niestety w takim przypadku winowajca jest projektant lub instalator.

Warto również zwrócić uwagę na fakt, że efektywność działania pionowych i poziomych wymienników ciepła jest obniżana poprzez działanie pompy obiegowej dolnego źródła, której zadaniem jest transportowanie roztworu glikolu oraz przez zastosowanie wymiennika zwanego parowaczem lub parownikiem pomiędzy wymiennikiem gruntowym a obiegiem chłodniczym pompy ciepła.

Jednak opracowano juz wiele lat temu technologię, która eliminuje straty energii w wyniku działania pompy obiegowej pompy gruntowej i wymiennika. Jest to technologia bezpośredniego odparowania czynnika chłodniczego w gruncie po angielsku direct expansion – DX.

W tej technologii czynnik chłodniczy wychodzący po skropleniu z pompy ciepła jest transportowany w oparciu o zasady termodynamiki do gruntu rurami miedzianymi, skąd powraca bezpośrednio bez użycia wymiennika do pompy ciepła. W tym rozwiązaniu pompa ciepła i dolne źródło to jeden zamknięty obieg chłodniczy. Nie mamy więc tu ani wymiennika generującego straty ciepła ani pompy obiegowej również pobierającej dużo energii! Korzyści z tego rozwiązania są ogromne. Współczynnik efektywności sezonowej SCOP w tej technologii znacznie przewyższa inne rozwiązania pomp glikolowych i to zarówno z wymiennikami poziomymi jak i pionowymi.

Inną ważną zaletą tej technologii jest bardzo mała powierzchnia działki potrzebna do zamontowania wymiennika gruntowego. Inne zalety te technologii zostały opisane w w tym artykule.

Technologia te wymaga jednak ogromnej wiedzy i precyzji wykonania, dlatego niewiele firm podejmuje się montażu pomp w tej technologii a szkoda. Dobrze wykonana instalacja w tej technologii odwdzięcza się użytkownikom bardzo niskimi kosztami eksploatacji i wieloletnią bezawaryjna pracą. Jest również tańsza od technologii glikolowej z sondami pionowymi.

Najnowsze wpisy