Gruntowa pompa ciepła – odwiert pionowy czy kolektor poziomy?

Dolne źródło pompy ciepła to miejsce, z którego pompa pobiera energię cieplną i za pomocą pracy sprężarki przekazuje ją do górnego źródła – instalacji ogrzewczej. Dolnym źródłem może być powietrze, grunt, woda, a nawet zamarznięta woda w postaci lodu.

Od rodzaju dolnego źródła zależą też rodzaje pomp ciepła dostępne na rynku. W tym artykule skupimy się na wariancie gruntowym.

Wysoki poziom temperatury utrzymujący się przez cały rok, uzyskany dzięki właściwościom magazynowania energii słonecznej przez grunt, pozwala osiągnąć bardzo wysoką efektywność pompy ciepła z gruntowym wymiennikiem ciepła (GWC). Największe wahania temperatury gruntu odnotowuje się na głębokości do około 1,5 m. Związane jest to z porą roku, nasłonecznieniem, opadami, przepływem wód gruntowych oraz temperaturą zewnętrzną. Wraz ze wzrostem głębokości, wahania te maleją, a temperatura dolnego źródła stabilizuje się na poziomie 10°C. Tak wysoka i stała temperatura gruntu pozwala uzyskać wysoką sprawność pompy ciepła (COP) przez cały rok, ponieważ sprawność rośnie wraz ze wzrostem temperatury dolnego źródła. Przekłada się to na dwie możliwości poboru energii.

Pierwszą, najbardziej popularną, jest wykonanie pionowych odwiertów, do których wprowadza się U-rurkę z krążącym w niej glikolem. Wnętrze górotworu zalewa się specjalną mieszanką termocementu, aby uzyskać jak najlepszą przewodność cieplną. Dzięki pompie obiegowej glikol osiąga odpowiedni przepływ, co umożliwia pobór energii. Ilość oraz głębokość odwiertów zależą od mocy pompy ciepła i zapotrzebowania energetycznego budynku. W przypadku domu jednorodzinnego jest to od jednego do czterech stumetrowych odwiertów. Zaletą tego rozwiązania są niewielkie wymagania co do wielkości działki, a odstęp między odwiertami powinien wynosić około 6-10 metrów.

Drugim rozwiązaniem, możliwym tylko w przypadku dużych działek, jest wykonanie poziomego dolnego źródła ciepła. Wymiennik można ułożyć meandrycznie lub w formie spirali – oba warianty wymagają odsłoniętej działki o powierzchni rzędu 300-700m². Zaletą tego rozwiązania jest prostota wykonania. Kolektor gruntowy układa się poniżej granicy przemarzania gruntu, więc do jego montażu wystarczy mała koparka lub minikoparka do kopania rowów.

Pompami przystosowanymi do pracy z gruntowym wymiennikiem są urządzenia serii flexoTHERM, np. flexoCOMPACT exclusive. Całość znajduje się wewnątrz budynku, dzięki czemu nie trzeba martwić się hałasem. Więcej o tym, jakie elementy pompy ciepła odpowiadają za jej pracę, można przeczytać w naszym artykule. Wielkość dolnego źródła należy dobrać indywidualnie do każdego budynku. W przypadku zbyt małego dolnego źródła można je wychłodzić, co uniemożliwi dalszą eksploatację i wymusi przejście pompy w tryb awaryjny. Zaletą wymiennika gruntowego jest najwyższa sprawność, jednak jej osiągnięcie wiąże się z największymi kosztami inwestycyjnymi przed uruchomieniem instalacji.

Najważniejszą kwestią wpływającą na wybór dolnego źródła są oczywiście koszty.

W przypadku wykonania odwiertów pionowych zawsze będą one uzależnione od rodzaju warstw gruntu na danej działce. Jeżeli grunt będzie zawierał duże ilości materiału skalnego, wiertnik musi wykorzystywać głowicę udarową, co zwiększa pracochłonność i cenę. W zależności od regionu średnie stawki za wykonanie 1 mb odwiertu wynoszą od 140 do 220 zł, zależnie od uwarunkowań geologicznych.

Wykonanie odwiertów pionowych mimo większych nakładów inwestycyjnych, przekłada się na większe możliwości pracy pompy ciepła. Zgodnie z polskim prawem można wykonać odwiert o głębokości do 100bm bez zgłaszania do starostwa. Przy takiej głębokości temperatura gruntu jest stała praktycznie przez cały rok. Zależnie od rodzaju gruntu średnia wydajność cieplna górotworu może wynosić od 35 do 45 W/mb. Im grunt jest bardziej zwarty (np. ił, glina o małej ziarnistości), tym lepsza będzie przewodność cieplna. Na wynik wpływa też to, czy grunt jest nawodniony lub czy posiada warstwy wodonośne. Poprawnie wykonana instalacja daje użytkownikowi szereg możliwości, z których najważniejszą jest dostęp do darmowego źródła chłodu, czyli chłodzenia pasywnego. Dodatkowo pionowe sondy gruntowe mogą znajdować się pod płytą fundamentową budynku. To rozwiązanie często stosowane na małych działkach, gdzie brakuje miejsca na odwierty wokół domu.

Przygotowanie miejsca pod kolektor poziomy wymaga mniejszych nakładów inwestycyjnych ze względu na niewielką głębokość ułożenia rur. Najczęściej od 0,5 do 1 m poniżej lokalnej strefy przemarzania. Proces montażu jest też znacznie szybszy, jednak zasypywanie należy wykonać ze szczególną starannością, aby nad rurami nie powstały pustki powietrzne. Ze względu na płytką strukturę ułożenia, wachlarz temperatur gruntu w ciągu roku będzie szeroki. W szczycie szczególnie gorącego lata chłodzenie pasywne nie będzie możliwe, dlatego zasobnik CWU powinien być odpowiednio przewymiarowany, aby zapewnić odbiór ciepła i minimalny czas pracy pompy.

Przeczytaj też: Gruntowe pompy ciepła – ranking, właściwości urządzeń i sposób montażu

Każde z omówionych rozwiązań ma swoje wady i zalety. O ostatecznym wyborze między wariantem poziomym a pionowym zawsze decydują warunki miejsca inwestycji oraz możliwości finansowe inwestora. Przed podjęciem tak ważnej decyzji warto porozmawiać ze specjalistą marki Vaillant oraz zasięgnąć informacji o lokalnej geotermii w Państwowym Instytucie Geologicznym.