Kierując się naszym doświadczeniem możemy śmiało stwierdzić, że najbardziej popularne są pionowe, gruntowe wymienniki ciepła.
Czym jest pionowy, gruntowy wymiennik ciepła? Najprościej mówiąc pionowy, gruntowy wymiennik ciepła to rurka (sonda) wypełniona mieszaniną stanowiącą przewodnik cieplny, zapuszczona do otworu wiertniczego.
Obecnie stosuje się trzy typy pionowych gruntowych wymienników ciepła:
-
pojedynczy wymiennik – sonda U-kształtna, do wyboru mamy sondy o średnicach zewnętrznych dn 32, 40 i 50 mm
-
podwójny wymiennik – podwójna sonda U-kształtna, do wyboru mamy sondy o średnicach zewnętrznych dn 32, 40 mm
-
wymiennik ciepła w kształcie dwóch rur współosiowych tzw. koaksjalnych, do wyboru mamy sondy o średnicach 63/32, 50/25 mm (najrzadziej stosowany typ wymienia ciepła).
Przekrój poprzeczny pionowych, gruntowych wymienników ciepła
Decydując się na instalację dolnego źródła ciepła należy skontaktować się z doświadczonym instalatorem, który pomoże Państwu dobrać odpowiednią moc pompy ciepła uwzględniając m.in. rolę jaką ma pełnić pompa (ogrzewanie, klimatyzacja), powierzchnię budynku, stopień docieplenia budynku. Projektant powinien uwzględnić dwa przypadki pracy pompy ciepła:
-
krótkotrwały, ale intensywny pobór ciepła
-
długotrwały pobór ciepła
Od zapotrzebowania na ciepło zależy ilość i głębokość otworów wiertniczych. Na tym etapie warto skonsultować się z firmą geologiczną w celu pozyskania wstępnego rozpoznania geologicznego. GGS – Projekt pracownia geologii i ochrony środowiska jest firmą otwartą na potrzeby Klienta, na podstawie dostępnych materiałów tj. map geologicznych, map hydrogeologicznych, przekrojów geologicznych oraz archiwalnych otworów nasi geolodzy są w stanie podać Państwu wstępny profil geologiczny już na etapie wykonywania projektu instalacji cieplnej przez Instalatora.
Decydując się na instalację pionowego gruntowego wymiennika ciepła musimy zapewnić na swojej działce odpowiednio dużo miejsca dla rozmieszczenia otworów.
Minimalne odległości pionowego, gruntowego wymiennika ciepła:
-
od granicy sąsiedniej działki (nie będącej naszą własnością) >3,0 m
-
od fundamentów budynku >1,5 m
-
od instalacji wodociągowych, kanalizacyjnych w tym instalacji odprowadzających wody deszczowe >1,5 m
-
od korony drzew o głębokich korzeniach >1,5 m
-
od instalacji elektrycznych, gazowych, telekomunikacyjnych, ciepłowniczych >1,5 m
-
przy krzyżowaniu się rur doprowadzających GWC należy je zaizolować na odcinku >3,0 m
-
między rurami doprowadzającymi 0,7 m
Wokół pionowych, gruntowych wymienników cieplnych wytwarza się lej temperaturowy co powoduje niekorzystne wzajemne oddziaływanie cieplne na sąsiednie wymienniki w związku z czym odstęp pomiędzy sąsiednimi wymiennikami powinien wynosić:
-
nie mniej niż 6 m przy głębokości otworu < 70 m
-
nie mniej niż 8 m przy głębokości otworu 70,0 – 100,0 m
Gdy głębokość wymiennika przekroczy 100,0 m minimalne odstępy wyznacza się po wykonaniu geotechnicznej analizy gruntu.
Przyjmuje się zasadę, że minimalny odstęp pomiędzy sąsiednimi wymiennikami nie powinien być mniejszy niż 8,0 % głębokości otworu wiertniczego.
Przy planowaniu lokalizacji otworów wiertniczych należy uwzględnić przepisy Rozporządzenia Ministra Gospodarki z dnia 28 czerwca 2002 r. w sprawie bezpieczeństwa i higieny pracy, prowadzenia ruchu oraz specjalistycznego zabezpieczenia przeciwpożarowego w zakładach górniczych wydobywających kopaliny otworami wiertniczymi (Dz.U. 2002 nr 109 poz. 961). Zgodnie z w.w. Rozporządzeniem otwór wiertniczy lokalizuje się co najmniej w odległości wynoszącej 1,5 wysokości wieży wiertniczej lub masztu od linii kolejowych, kanałów i zbiorników wodnych, rzek, dróg publicznych, zabudowań, z tym, że odległość od napowietrznych linii wysokiego napięcia powinna wynosić 1,5 wysokości wieży lub masztu, lecz nie mniej niż 30 m.
Przy większych inwestycjach obejmujących nawet kilkanaście czy kilkadziesiąt otworów lub w przypadku niepewnej budowy geologicznej, na obszarach o dużej zmienności zaleca się wykonanie Testu Reakcji Termicznej (TRT). Dzięki prawidłowo wykonanemu badaniu można wyznaczyć średnią temperaturę, średnią przewodność cieplną, opór cieplny pomiędzy płynem w rurach a powierzchnią otworu.
Badanie TRT wykonywane jest bezpośrednio w terenie, przy użyciu przenośnego zestawu aparatury. W miejscu planowanego wymiennika ciepła wykonuje się otwór próbny. Do otworu zapuszcza się sondę (rura U-kształtna). Do umieszczonej w otworze sondy wtłacza się podgrzewaną ciecz roboczą, krążącą w obiegu zamkniętym pomiędzy wymiennikiem i podgrzewaczem. Na wlocie i wylocie wymiennika dokonywany jest pomiar temperatury oraz strumienia objętości krążącego nośnika ciepła przy czym podczas testu utrzymywane są stałe wartości tych wielkości.
Rys. 2. Schemat stanowiska do wykonywania Testu Reakcji Termicznej
Po zaprojektowaniu instalacji pompy ciepła przez Instalatora, doborze urządzeń oraz ilości i głębokości otworów należy zlecić wykonanie Projektu robót geologicznych, projekt ten jest niezbędny przy otworach o głębokości powyżej 30 m. Więcej o projekcie robót geologicznych i dokumentacji powykonawczej przeczytają Państwo w trzecim i ostatnim artykule z tego cyklu.
Sposób wiercenia uzależniony jest od budowy geologicznej, wyróżniamy wiercenia obrotowe i udarowe, z wykorzystaniem płuczki lub prowadzone na sucho (płuczka zastąpiona sprężonym powietrzem).
Wymiennik ciepła po zapuszczeniu do otworu wypełniany jest nośnikiem ciepła. Przepływ nośnika w sondzie wymuszany jest działaniem pomp obiegowych. Jeśli nie ma ryzyka zamarznięcia, nośnikiem jest woda. Na ogół stosuje się ciecze o niskiej temperaturze krzepnięcia np. roztwory glikoli (etylenowego lub propylenowego) oraz rzadziej stosowane solanki. W Polsce są produkowane i powszechnie stosowane wodne roztwory glikoli z zestawem inhibitorów i środków przeciwpieniących. Glikol propylenowy w odróżnieniu od innych substancji jest nietoksyczny, nie stwarza zagrożenia dla życia ludzi i zwierząt oraz dla środowiska.
W celu zapewnienia prawidłowej wymiany ciepła oraz zabezpieczenia sondy przed uszkodzeniem należy przestrzeń pomiędzy rurami pionowego wymiennika ciepła a ścianami otworu wypełnić odpowiednim materiałem. Prawidłowe wypełnienie otworu poprawia warunki wymiany ciepła, zwiększa bezpieczeństwo pracy, uszczelnia otwór oraz umożliwia izolację i zamknięcie przewierconych poziomów wodonośnych. Najpowszechniej stosuje się do tego celu obsypki piaskowe – żwirowe oraz specjalne mieszaniny termiczne. Zaleca się stosowanie gotowych mieszanek do wykonywania masy wypełniającej o wysokim współczynniku przewodzenia ciepła powyżej 2,0 W/(m*K). Mieszanina wypełniająca musi być nieszkodliwa dla środowiska gruntowo-wodnego.
Po zakończeniu prac należy wykonać próbę ciśnieniową. Próbę tą wykonuje się przy ciśnieniu 6 bar. Po przeprowadzeniu próby ciśnieniowej sporządza się stosowny protokół. Dopiero teraz można przystąpić do uruchomienia instalacji.
Wszystkim naszym Klientom decydującym się na ten ekologiczny sposób ogrzewania i klimatyzowania pomieszczeń życzymy pełnej satysfakcji i zadowolenia z dokonanego wyboru!
Autor: Monika Szuba
hydrogeolog, geolog ds. środowiska
Zapraszamy do zapoznania się z Naszą ofertą i kontaktu!
GGS-PROJEKT Pracownia geologii
i ochrony środowiska Sp. z o.o.
ul. Narutowicza 3
41-503 Chorzów
Sekretariat: 794 966 609
Biuro Zarządu: 698 957 789
e-mail: ggsprojekt@ggsprojekt.pl
NIP 6272743787
REGON 363098302
KRS 0000588295
