Najczęściej zadawane pytania nt. gruntowych pompy ciepła

1. Jak działa gruntowa pompa ciepła?

Gruntowe pompy ciepła pobierają energię z gruntu. W tym celu niezbędne jest wykonanie tzw. wymiennika gruntowego - poziomego lub pionowego. Jego rodzaj uzależniony jest przede wszystkim od wielkości działki. Wymiennik poziomy wymaga dość dużej działki o powierzchni kilkuset m2. Do wykonania wymiennika pionowego wystarczy nieduża działka. Wymiennik to specjalne rury umieszczone w gruncie, w których krąży czynnik chłodniczy, czyli ciecz zdolna do parowania przy bardzo niskich temperaturach i ciśnieniach. Przepływając rurą przez grunt czynnik chłodniczy pobiera zakumulowaną w nim energię. Trafiając do parownika wrze i przechodzi w stan gazowy. Następnie para czynnika chłodniczego sprężana jest przez sprężarkę w wyniku czego jej temperatura wzrasta do wysokiego poziomu. W kolejnym etapie gorąca para trafia do wymiennika ciepła i oddaje ciepło obiegowi grzewczemu, ulegając przy tym skropleniu. Przez zawór rozprężający czynnik chłodniczy wraca do niskociśnieniowej części obiegu i wskutek spadku ciśnienia ulega ochłodzeniu. Następnie cykl rozpoczyna się od nowa.
 

2. Czy gruntowa pompa ciepła może być jedynym źródłem ciepła w budynku?

Gruntowa pompa ciepła to urządzenie służące do ogrzewania domu oraz przygotowywania ciepłej wody użytkowej. Odpowiednio dobrana do zapotrzebowania na ciepło budynku może stanowić jedyne źródło ciepła w domu - bez konieczności stosowania dodatkowych urządzeń grzewczych. Gruntowa pompa ciepła pobiera energię z gruntu, którego temperatura na pewnej głębokości jest stała i zawsze dodatnia. Dzięki temu urządzenie może pracować efektywnie, zapewniając oczekiwany komfort cieplny oraz oszczędne ogrzewanie, nawet podczas dużych mrozów.
 

3. Czym różni się sprężarka inwerterowa od sprężarki typu „on/off”?

Sprężarka jest sercem pompy ciepła. Urządzenia „typu on-off” pracują przeważnie ze stałą wydajnością. Sprężarki inwerterowe, w które wyposażone są nowoczesne pompy ciepła charakteryzują się z kolei płynną pracą o zmiennej wydajności. Inwerter daje możliwość modulowania mocy, z jaką pracuje pompa ciepła, a to pozwala lepiej dostosować parametry pracy urządzenia do chwilowego zapotrzebowania budynku na ciepło. Pompy ciepła ze sprężarką inwerterową charakteryzują się też lepszym współczynnikiem COP, co wiąże się z niższymi kosztami eksploatacji. Sprężarki inwerterowe szybciej uzyskują zadaną temperaturę, rzadziej się też wyłączają i włączają, co wpływa na wydłużenie ich żywotności. 
 

4. Czy gruntowa pompa ciepła może być instalowana w każdym budynku?

Gruntową pompę ciepła można zainstalować w każdym domu, zarówno nowym jaki modernizowanym. Będzie dobrym rozwiązaniem zwłaszcza w przypadku budynków pozbawionych dostępu do sieci gazowej lub ciepłowniczej. Dostosowanie nowo projektowanych instalacji grzewczych do pompy ciepła nie stanowi żadnego problemu. Również wykonanie tzw. dolnego źródła na niezagospodarowanej działce nie powinno nastręczać trudności. Wykonanie wymiennika poziomego może być z kolei dość kłopotliwe na działce już zagospodarowanej. Energia cieplna skumulowana w gruncie na głębokości 1,5 m, na której zwykle układa się kolektor poziomy, pochodzi przede wszystkim z opadów atmosferycznych oraz energii promieniowania słonecznego. Powierzchnia gruntu nad wymiennikiem powinna więc mieć dostęp do promieniowania słonecznego oraz swobodnego przepływu wody z opadów atmosferycznych. Grunt znajdujący się nad wymiennikiem powinien być wolny od zabudowy oraz roślin, których korzenie mogłyby uszkodzić rury kolektora.
 

5. Czy pompa ciepła pobierająca energię z gruntu sprawdza się w naszym klimacie?

Temperatura gruntu, z którego pompa ciepła czerpie energię uzależniona jest uzależniona od jego głębokości. Głębokość przemarzania gruntu, czyli odległość od powierzchni do poziomu, do którego sięga ujemna temperatura, jest różna dla 4 różnych stref Polski. W zależności od nich, waha się od 80 do 140 cm. Przyjmuje się więc, że na głębokości większej niż 1,5 m grunt ma zawsze dodatnią temperaturę. Im głębiej, tym temperatura jest stabilniejsza (nie chłodzi go zimne powietrze, ani nie nagrzewa się mocniej w wyniku nasłonecznienia). Kolektor poziomy gruntowej pompy ciepła układa się na głębokości ok. 1,5 m. Kolektory pionowe wymagają z kolei odwiertów o znacznie większej głębokości, przekraczającej nawet 50 m. Stabilna, dodatnia temperatura gruntu w jego głębszych warstwach sprawia, że gruntowe pompy ciepła dobrze sprawdzają się w naszej strefie klimatycznej.
 

6. Czy gruntowa pompa ciepła wymaga uzyskania pozwolenia na budowę lub zgłoszenia?

Montaż pompy ciepła nie wymaga pozwolenia ani zgłoszenia. Prawo budowlane nie określa jednak postępowania w przypadku wykonania wymiennika gruntowego.

Wykonanie wymiennika poziomego wiąże się z pracami podobnymi do tych wykonywanych przy montażu przydomowej oczyszczalni ścieków, która nie wymaga uzyskania pozwolenia. Podobnie może więc być w przypadku poziomego wymiennika gruntowego, niemniej warto zasięgnąć informacji na temat w starostwie powiatowym.

Wykonanie wymiennika pionowego podlega przepisom ustawy Prawo geologiczne i górnicze. W związku z tym wymaga:

– opracowania projektu prac geologicznych i przedłożenia go właściwemu organowi administracji geologicznej co najmniej osiem tygodni przed planowanym terminem rozpoczęcia prac. Do prac można przystąpić, jeśli w terminie 30 dni od złożenia projektu starosta nie wniesie sprzeciwu w drodze decyzji;
– zgłoszenia zamiaru przeprowadzenia prac wiertniczych właściwemu organowi administracji geologicznej, organowi nadzoru górniczego oraz wójtowi, burmistrzowi lub prezydentowi miasta najpóźniej na dwa tygodnie przed planowanym terminem ich rozpoczęcia.

W ciągu sześciu miesięcy od zakończenia prac należy przekazać organowi administracji geologicznej „Dokumentację prac geologicznych wykonanych w celu wykorzystania ciepła ziemi”.
 

7. Na jakiej głębokości i w jakich odstępach układa się rury wymiennika poziomego?

Optymalna głębokość, na której wykonuje się wymiennik poziomy gruntowej pompy ciepła to 0,2-0,5 m poniżej granicy przemarzania gruntu.
Rury układa się w formie wężownicy w odpowiednio przygotowanym wykopie dostosowanym do powierzchni wymiennika. Ważne jest zachowanie wymaganych odstępów pomiędzy sąsiadującymi odcinkami rury. Powinny one wynosić od 0,4 m do 1,2 m. Wielkość odstępów dobiera się uwzględniając rodzaju gruntu i jego zdolność do regeneracji cieplnej, czyli powrotu temperatury dolnego źródła do pierwotnego poziomu (sprzed wychłodzenia na skutek poboru energii w sezonie grzewczym).

Układanie rur z mniejszymi odstępami od projektowanych nie przekłada się na większy pobór energii cieplnej z gruntu, lecz skutkuje wyższym kosztem inwestycji (zużywa się wówczas więcej materiałów). Wiąże się także z większymi kosztami eksploatacji pompy ciepła (przepompowywanie czynnika chłodniczego przez dłuższą rurę będzie wymagać zastosowania pompy obiegowej o większej mocy). Z kolei zbyt duże odstępy między sąsiadującymi odcinkami rury spowodują, że wymiennik nie będzie odbierał tyle ciepła, ile zakładano. Jego moc może być więc niewystarczająca do pokrycia zapotrzebowania na ciepło budynku.
 

8. Jak duży powinien być wymiennik gruntowy?

Obliczenie wielkości wymiennika gruntowego wymaga znajomości mocy chłodniczej pompy ciepła. Informację tę znaleźć można w danych technicznych urządzenia. Moc chłodnicza pompy ciepła odpowiada jej mocy grzewczej pomniejszonej o moc sprężarki.
Moc chłodniczą można również wyliczyć znając COP pompy ciepła ze wzoru:

Moc chłodnicza (Qchł) = (COP – 1)/COP · Moc grzewcza (Qgrz)

Wielkość wymiennika poziomego uzależniona jest od rodzaju (wilgotności) gruntu. Obliczając wymaganą powierzchnię wymiennika przyjmuje się orientacyjne wartości wydajności cieplnej gruntu qg (dla rur polietylenowych):
– grunt piaszczysty suchy – 10 W/m2
– grunt piaszczysty wilgotny – 15-20 W/m2
– grunt gliniasty suchy – 20-25 W/m2
– grunt gliniasty wilgotny – 25-30 W/m2
– grunt mokry (wodonośny) – 35-40 W/m2.

Z uwagi na to, że rodzaj gruntu na całym obszarze wykonania może być różny, przyjmuje się zazwyczaj mniejszą wartość.

Powierzchnię wymiennika gruntowego oblicza się ze wzoru:
A = Moc chłodnicza (Qchł)/qg
 

9. Jak układa się rury wymiennika pionowego?

Choć jest droższy na etapie inwestycyjnym, ponieważ wymaga wykonania dość drogich głębokich odwiertów, wymiennik pionowy pozwala osiągać pomie ciepła wyższą wartość współczynnika wydajności COP. Dlaczego? Rury takiego wymiennika umieszcza się w odwiertach o głębokości 40-150 m. Na głębokości poniżej 10 m temperatura gruntu jest stała i dodatnia przez cały rok co zapewnia ekonomiczną pracę pompy ciepła.

Wymiennik pionowy tworzą pionowe odcinki rury tworzącej pętlę (sondy geotermalne) wypełnione czynnikiem chłodniczym. Umieszcza się je zwykle w odwiertach po jednej (sondy typu U) lub po dwie pary (podwójne U). W wymienniku typu U jedną rurą ciecz płynie w dół do głowicy, a drugą z niej wraca. W wymienniku typu podwójne U – płyn roboczy płynie dwiema rurami w dół i dwiema w górę.
Odległość między odwiertami na głębokości do 50 m nie powinna być mniejsza niż 5 m. W przypadku głębszych odwiertów powinna ona wynosić od 8 do 15 m.
 

10. Jak oblicza się długość wymiennika pionowego?

Długość wymiennika pionowego uzależnia się od tego, jak wraz z głębokością zmieniają się właściwości gruntu. Aby dobrać odpowiednią długość wymiennika warto zlecić badanie gruntu w miejscu, w którym ma on być wykonany.
Wydajność cieplna gruntu qg uzależniona jest od jego rodzaju. Dla rur PE80 wynosi:
– w przypadku gruntu piaszczystego suchego – 10-12 W/m;
– gdy grunt jest piaszczysty mokry – 12-16 W/m;
– dla gruntu średniogliniastego suchego – 16-18 W/m;
– w przypadku grunt średniogliniastego mokrego – 19-21 W/m;
– dla gruntu ciężkiego gliniastego suche – 18-19 W/m;
– dla gruntu ciężkiego gliniastego mokrego – 20-22 W/m;
– w przypadku gruntu mokrego (wodonośnego) – 25-30 W/m.

Przy obliczeniach uwzględnia się grubość poszczególnych warstw rodzaju gruntu i na tej podstawie oblicza łączną wydajność każdej sondy.
 

11. Jakie rury stosuje się do wykonania wymiennika gruntowego?

– Wymiennik poziomy wykonuje się najczęściej z rur polietylenowych PE100 lub PE100 RC.
– Do wykonania wymiennika pionowego używa się rur PE80.
– Wymienniki gruntowe mogą być wykonywane również z rur PE-Xa, polibutylenowych (PB) lub miedzianych w płaszczu z tworzywa sztucznego.
– Dopuszczalną długość rury określona jest w danych technicznych gruntowej pompy ciepła. Jest ona uzależnione od średnicy rury oraz rodzaju zastosowanego płynu roboczego.
– Pompy ciepła o mocy do kilkunastu kW wymagają od jednej do czterech pętli o długości 100-400 m z rury o średnicy od DN25 do DN65.
 

12. Jak zabezpiecza się rury wymiennika w newralgicznych miejscach?

Rury wymiennika gruntowego wypełnia czynnik chłodniczy, który nie zamarza w temperaturze do -15oC. Rura wymiennika nie może mieć kontaktu z powietrzem atmosferycznym, którego temperatura może spadać poniżej tej wartości. Powinna być więc zakopana w gruncie na głębokości co najmniej 0,5 m lub odpowiednio zaizolowana termicznie. Rury przechodzące przez ścianę budynku wymagają termoizolacji na odcinku do 2 m od fundamentu, co pozwoli uniknąć zamarzania gruntu.
 

13. Jakie czynniki chłodnicze stosuje się w instalacji gruntowej pompy ciepła

Najpopularniejszym czynnikiem chłodniczym stosowanym w instalacjach gruntowej pompy ciepła jest wodny roztwór glikolu propylenowego. Ma nie tylko wystarczająco niską temperaturę krzepnięcia, ale także nie powoduje korozji metali, nie rozpuszcza tworzyw sztucznych, nie powoduje zacierania się pomp, a przy tym uznawany jest za ekologiczny. Przy jego wyborze glikolu propylenowego należy się kierować zaleceniami producenta pompy ciepła (taki płyn może zawierać różne dodatki). Stosowanie innych płynów często nie jest popularne, a niekiedy wręcz niezalecane z uwagi na ich niekorzystne właściwości (np. roztwór glikolu etylenowego uznawany za szkodliwy dla środowiska, a etanol charakteryzuje się łatwopalnością oraz brakiem właściwości smarnych).
 

14. Jak obniżyć koszty inwestycyjne związane z montażem gruntowej pompy ciepła?

Koszt inwestycji w gruntową pompę ciepła jest uzależniony w dużej mierze do mocy cieplnej instalacji. Aby ją obniżyć warto rozważyć wykonanie biwalentnego systemu grzewczego, w którym pompa ciepła pracuje wraz z innym urządzeniem grzewczym. Może nim być np. elektryczny przepływowy podgrzewacz wody.
W takim przypadku wyznacza się tzw. punkt biwalentny, czyli moment, w którym zwiększone zapotrzebowanie na ciepło musi być uzupełniane przez dodatkowe źródło ciepła. Dla punktu biwalentnego określa się niezbędną moc pompy ciepła. Pompa ciepła wspomagana dodatkowym źródłem ciepła może mieć mniejszą moc, a tym samym mniejszą wymaganą powierzchnię wymiennika poziomego lub długość wymiennika pionowego, po przekłada się na niższy koszt ich wykonania.