Menu

Projektowanie wymienników gruntowych poziomych

Kolektor gruntowy poziomy jest najprostszą formą pozyskiwania ciepła z gruntu. Jest on stosunkowo prosty w wykonaniu, wymaga jednaozepom32.jpgk dość dużej powierzchni terenu pod jego budowę. Przez grunt jako dolne źródło ciepła rozumie się warstwę ziemi o głębokości 1,2-1,8m głębokości w zależności od głębokości przemarzania (30 cm poniżej strefy przemarzania).

 

 

Kolektor gruntowy poziomy wykonywany jest z rur polietylenowych, wypełnionych wodnym roztworem glikolu. Rury ułożone są 1,4 – 1,5m poniżej poziomu terenu w rozstawie 0,8m. Roztwór glikolu, którego przepływ wymuszany jest pompą obiegową dolnego źródła ciepła, ogrzewa się od gruntu i transportuje pobrane ciepło do pompy ciepła. W parowniku pompy ciepła następuje odebranie ciepła z roztworu glikolu (jego ochłodzenie).
  Teren przeznaczony pod budowę kolektora poziomego musi być wolny od zabudowy trwałej, drzew i większych krzewów. Kolektora nie wolno lokalizować pod budynkiem lub w jego pobliżu (zob. rys.). Najbardziej pożądany jest grunt o charakterze wilgotnym a najmniej korzystny jest piasek. Teren przeznaczony pod budowę kolektora nie może mieć zbyt dużego spadku, ponieważ może to uniemożliwić jego wykonanie.

  Po wykonaniu kolektora poziomego budowlę należy nanieść na mapę.
Szacunkowo można przyjmować, że na 1kW wydajności ziębniczej pompy ciepła powinno przypadać 50-60 m kolektora poziomego.

ozepom33.jpg
Z kolektorem gruntowym poziomym mogą współpracować wyłącznie pompy ciepła solanka-woda.
Budowa kolektora gruntowego poziomego musi być zgodna z przepisami prawa budowlanego, ochrony środowiska, itp. Pozyskiwanie ciepła z gruntu następuje pośrednio poprzez wodny roztwór glikolu płynący wewnątrz rur polietylenowych. Roztwór ten ogrzewa się od gruntu i transportuje ciepło do pompy ciepła, która dokonuje transformacji ciepła na wyższy, użyteczny poziom temperaturowy. Ponieważ temperatura powietrza zewnętrznego zmienia się w ciągu roku, zmianie ulega także temperatura gruntu. Przebieg zmian temperatury gruntu w ciągu roku przedstawia rys.1., natomiast odchylenia temperatury gruntu od temperatury średniorocznej rys.2.

 

Rys.2 po prawej

 

Ilość ciepła możliwa do odzyskania z gruntu zależy od jego składu i własności termofizycznych i wynosi od 10-35 W/m2. Większa pojemność cieplna maja grunty wilgotne, gliniaste, natomiast znacznie mniejszą pojemność grunty suche i piaszczyste.

Tab. Właściwa wydajność poboru dla gruntu

Rodzaj gruntu wydajność poboru ciepła W/m2
sucha gleba piaszczysta 10-15
wilgotna gleba piaszczysta 15-20
sucha gleba gliniasta 20-25
wilgotna gleba gliniasta 25-30
gleba prowadząca wody gruntowe 30-35

 

Wyznaczenie długości kolektora gruntowego poziomego dla pomp ciepła o mocy ≤ 30kW (według wytycznych PORT PC)

 

Przy braku rozpoznania geologicznego gruntu i przyjęciu czasu pracy pompy ciepła na poziomie 2000h/rok jednostkową wydajność cieplną gruntu  qH można przyjmować w wysokości 20 W/m2. Jest to parametr zwany też jednostkową mocą chłodniczą pobieraną z gruntu. Przy takim założeniu wartość energii pobieranej z gruntu EH wyniesie 40 kWh/m2rok. Przy przekroczeniu czasu pracy sprężarki Tsp>2000h/rok należy proporcjonalnie zwiększyć powierzchnię wymiennika gruntowego. Rozstaw przewodów GWP powinien wynosić minimalnie ep=0,7m (zwykle przyjmujemy 0,8m) a minimalny spadek ciśnienia Δp w pojedynczej pętli nie powinien być mniejszy niż 20 kPa (0,2 bar).

 

Przykład obliczeniowy

Wyznaczyć długość poziomego GWC dla pompy ciepła o mocy 20 kW i COP = 4, czas pracy sprężarki Tsp = 2150h/rok.

 

Obliczenia

Wydajność ziębniczą pompy ciepła obliczana jest ze wzoru:

 

 ozepom35.jpg

 

gdzie:

Qp - moc grzejna pompy kW

COP- współczynnik sprawności pompy

 

ozepom443.jpg

Wymagana powierzchnia wymiennika gruntowego wyniesie:

 

ozepom444.jpg

 ozepom445.jpg

Z uwagi na inny czas pracy pompy ciepła niż 2000h powierzchnia rzeczywista wyniesie

 

ozepom446.jpg

 

gdzie współczynnik korekcyjny ΔAo możemy wyliczyć ze wzoru:

 

ozepom447.jpg

 

ozepom448.jpg

ozepom449.jpg

Wymagana długość poziomego GWC obliczymy ze wzoru:

 

ozepom450.jpg

 

ozepom451.jpg

 

Przyjęto 8 rur wymiennika gruntowego z HDPE 32x2,9mm o długości 126m każda.

 

Zalecenia do wykonawstwa poziomego GWC

Minimalne odległości wymiennika gruntowego poziomego od uzbrojenia podziemnego i infrastruktury terenu można przyjmować według poniższych wytycznych i rys:

- od granicy sąsiedniej posesji a>3m

- os fundamentów budynku b>0,5m

- głębokość zabudowy poniżej strefy przemarzania 1,0p<1,8m

- od przyłączy wodociągowych, kanalizacji i wody deszczowej >1,5m

- od przyłączy gazowych, elektrycznych, ciepłowniczych d>1,5m

ozepom452.jpg

- między rurami doprowadzającymi ed >0,7m (przy mniejszych odległościach np. w pobliżu studzienki rozdzielaczowej zaleca się zaizolowanie przewodów)

- odstęp między rurami wymiennika (meandrami) ep>0,7m

- od korony drzew e>1,5m

- od schodów >1,5m

ozepom453.jpg

  

(adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});