W dobie dużego zużycia energii dla potrzeb gospodarczych i bytowych, wysokich kosztów paliw
oraz dużej degradacji środowiska naturalnego, coraz częściej sięgamy po odnawialne źródła
energii. Aby zmniejszyć wysokie koszty utrzymania budynków mieszkalnych z tytułu ich ogrzania w
sezonie grzewczym, można zastosować znane już od wielu dziesiątków lat urządzenia, nazywane
pompami ciepła. O ich funkcjonowaniu i zaletach mówi Robert Stefaniak, Szef Serwisu Techniki
Systemowej w firmie Stiebel Eltron.
„Pompa ciepła jest to ekologiczne urządzenie
grzewcze, które pozyskuje energię cieplną ze środowiska. Może być to powietrze lub
woda, jednak najczęściej stosowanym i najbardziej stabilnym źródłem ciepła jest grunt.
Istnieje co najmniej kilka rozwiązań i sposobów ułożenia kolektora
gruntowego, z których najczęściej wykonywane to układ
kolektora spiralnego, płaskiego lub sond pionowych. Warunkiem
zastosowania systemu gruntowego w układzie kolektora
spiralnego lub płaskiego jest posiadanie odpowiedniej
Robert Stefaniak, Szef Serwisu
powierzchni gruntu do ułożenia kolektora. W bardzo dużym
Techniki Systemowej w firmie
uproszczeniu można przyjąć, iż do ułożenia kolektorów w
Stiebel Eltron, fot. Stiebel Eltron układzie poziomym potrzebujemy
3 razy większą
powierzchnie niż chcemy ogrzać. W przypadku posiadania małej
działki możemy zastosować sondy pionowe.
Jak pozyskujemy energię z gruntu?
W zależności od zapotrzebowania na energię, wykonuje się odwiert na głębokość od 50-100 m nad
ziemią. Następnie w odwiercie umieszczamy sondę, która jest odpowiedzialna za pobór energii dla
pompy ciepła. Pobrana z ziemi energia cieplna jest oddawana w pompie ciepła do systemu ciepłej
wody użytkowej oraz rozdzielona do systemu grzewczego domu – jest to najprostszy sposób opisania
działania, pozyskiwania energii gruntu. Jednak, żeby poznać zasadę, według której można ogrzać
budynek z wykorzystaniem ciepła pozyskanego z gruntu trzeba przejść kolejno przez zagadnienia
od spraw ogólnych do kwestii szczegółowych. Pompa ciepła składa się z czterech elementów,
połączonych ze sobą rurami, tworzących obieg zamknięty, w którym znajduje się substancja, która
w zależności od warunków jest cieczą lub gazem. Ta substancja, nazywana w technice czynnikiem
chłodniczym, ma ciekawą właściwość – gotuje się, czyli wrze w niskich temperaturach na przykład
nawet przy -20°C. Jeśli tak jest, to nasz czynnik chłodniczy wtryskiwany do dolnego naczynia
ogrzewanego do +10°C natychmiast się zagotuje i zamieni w parę o temperaturze na przykład
+4°C. Para taka podobnie jak w maszynie parowej ma określone ciśnienie więc stara się wydostać z naczynia dolnego, które od tej pory będziemy nazywać parownikiem. Wychodząc z parownika
para dostaje się do sprężarki, gdzie zostaje sprężona do wysokiego ciśnienia. To sprężenie daje dwie
korzyści: podnosi znacznie temperaturę gazu ze sprężarki (a o to przecież chodzi) oraz pozwala na to,
aby schłodzona para zamieniła się z powrotem w ciecz, która potem odparuje i tak dalej.
Górny pojemnik (nazwijmy go skraplaczem), do którego przypływa gaz pod wysokim ciśnieniem
i temperaturze +75°C może bez przeszkód oddać ciepło do ogrzewanego pomieszczenia, bowiem
ma ono temperaturę niższą. Skoro skraplacz ciepło oddaje to sam się schładza, czyli powstają
warunki do skroplenia czynnika chłodniczego. Czynnik chłodniczy będący już cieczą transportowany
jest z powrotem do parownika. Dochodzimy tutaj do ostatniego, ale bardzo ważnego elementu
pompy ciepła. Jest nim tak zwany zawór rozprężny, który właściwie powinien się nazywać zaworem
dławiącym. Jego rolą jest nie tylko sterowanie wtryskiwania cieczy do parownika, jego obecność
jest niezbędna do tego, aby ciecz była blokowana, gdyż w przeciwnym wypadku nie dochodziłoby do
sprężenia gazu.
Teraz można nieco dokładniej przeanalizować schemat pompy ciepła. Ciecz wrząca w parowniku
zabiera ciepło ze źródła na skutek parowania. Zabieranie ciepła jest pobieraniem energii. Szkopuł
w tym, że tak pobrana energia jeszcze nie jest przydatna do ogrzewania i trzeba podnieść jej
temperaturę. Dzieje się to za pomocą sprężarki, która musi być zasilana energią pomocniczą.
Najczęściej do tego celu używana jest energia elektryczna. Przy tej okazji powinniśmy poruszyć
zagadnienie sprawności pompy ciepła. Sprawność ta wyznaczana jest z proporcji ilości energii
grzewczej do ilości energii pomocniczej. Średnia sprawność pomp ciepła wynosi około 400%. Do
określania sprawności przyjęło się stosować tak zwany współczynnik efektywności energetycznej
nazywany jako COP. Jest on ilorazem energii użytecznej i energii elektrycznej, czyli w naszym
przypadku COP = 4. Trzeba zawsze pamiętać, że COP samej pompy i COP kompletnego systemu
grzewczego to mogą być dwa różne światy. Tutaj ogromną rolę odgrywa idealne dopasowanie
wszystkich składników systemu począwszy od źródła ciepła a skończywszy na całej instalacji grzewczej
w budynku. Zapewnienie takiego dopasowania jest zadaniem projektanta i wykonawcy instalacji. Ich
wiedza i doświadczenie decyduje o parametrach instalacji czyli o komforcie i kosztach eksploatacji.
W przypadku pozyskiwania ciepła z gruntu nie jest konieczne zastosowanie ogrzewania
niskotemperaturowego. Pompy ciepła wysokiej jakości nie mają problemów z pracą z temperaturami
maksymalnymi na poziomie 60°C, co umożliwia projektantowi swobodny dobór grzejników dla
parametrów 55/45°C.
Wpisy o podobnej tematyce
Słowa kluczowe: Odzyskiwanie energii, pompa ciepła, Robert Stefaniak, Stiebel Eltron, system grzewczy
