Menu

Wymienniki gruntowe poziome

Zastosowanie  

 Wymiennik gruntowy poziomy jest rozwiązaniem możliwym do wykonania bez specjalistycznego sprzętu. Warunkiem jest duża wolna od zabudowy i drzew powierzchnia działki. Mała głębokość posadowienia wymiennika (na ogół <1,5m pod powierzchnią terenu) nie stwarza problemów geologicznych. Zdobycie zezwolenia na budowę jest zazwyczaj znacznie łatwiejsze. W większości przypadków wystarczy zgłoszenie inwestycji w odpowiedniej instytucji. 

  Budowa i zasada działania

Nawet 99 procent ciepła, pozyskanego z gruntu za pomocą kolektorów horyzontalnych, to zachowana energia słoneczna, która została zgromadzona w glebie, a nie energia z wnętrza ziemi. Z tego powodu kontakt termiczny z powierzchnią gleby jest z punktu widzenia efektywności energetycznej systemu najważniejszy. Zimą , energia słoneczna, docierająca do gruntu, jest najniższa, ale pozyskiwanie ciepła
z gruntu przy pomocy pomp ciepła jest wtedy najwyższe. Pozyskana energia to energia słoneczna,
zgromadzona w trakcie okresu letniego. Podstawowa pojemność gruntu może zależeć też od ilości
wody, znajdującej się w glebie. Aby umożliwić kolektorowi poziomemu wykorzystanie tej pojemności, należy tak ułożyć górną krawędź kolektora, aby znajdowała się poniżej naturalnej granicy przemarzania.

Ograniczenia zastosowania
Wydajność kolektorów poziomych zależy przede wszystkim od zawartości wody w otaczającej glebie. W glebie piaszczystej, która cechuje się niską kapilarnością, woda szybko przepływa przez nią do głębszych warstw. W przypadku gleby gliniastej o wysokiej kapilarności, woda pozostaje w glebie, która nie pozwala spływać jej w dół. Te różnice sprawiają, że zawartość wody wynosi zwykle mniej niż 10%   w glebach piaszczystych i ponad 35 % w przypadku gleb gliniastych. Dlatego też, ze względu na o wiele wyższą zawartość wody w glebie gliniastej, ma ona zarazem o wiele większą pojemność cieplną niż
gleba piaszczysta. Co więcej, woda zawarta w glebie poprawia przewodnictwo cieplne, przez co ciepło
z głębszych warstw gleby i energia słoneczna z jej powierzchni o wiele łatwiej dociera do kolektora.
 
Budowa, a środowisko naturalne
W trakcie ogrzewania, kolektory poziome pobierają ciepło z gruntu, który w następstwie ochładza się
poniżej temperatury gleby obok. Podczas wymiarowania systemów trzeba dokładnie sprawdzić, czy
gleba i środowisko nie są niszczone lub nadmiernie eksploatowane. Mówiąc ogólnie, przyjmuje się, że
rośliny rosnące nad pętlami kolektora zaczynają rosnąć nieco później niż w innej części działki.
Ponieważ kolektor poziomy jest zwykle umieszczony głębiej niż metr pod powierzchnią ziemi, efekt
ten jest jednak minimalny, ponieważ niewiele roślin sięga korzeniami tak głęboko.

 

Tabela.Specyficzna wydajność poboru ciepła kolektorów geotermalnych w zależności od rodzaju gruntu (Źródło: VDI 4640)

ozepom159.jpg

 

Tabela. Przykładowa długość rur kolektora (materiały firmy REHAU Raugeo)

Konstrukcja

Wymiennik gruntowy poziomy przypomina pod względem budowy ogrzewanie podłogowe. Funkcję rozdzielacza pełni tutaj studnia z tworzywa sztucznego zakopana w ziemi, w której zamocowane są rozdzielacze zasilenia i powrotu. Do rozdzielaczy podłączone są ułożone w ziemi wężownice. Jako rury wykorzystuje się na ogół polietylen sieciowany PE-Xa lub PE100, rzadziej polipropylen i PVC. Te ostatnie materiały mają znacznie gorsze przewodnictwo cieplne. Polietylen jest też materiałem łatwym w montażu o małym promieniu gięcia, co przy kolektorach gruntowych ma kolosalne znaczenie. Układ przewodów w gruncie może być meandrowy, pętlicowy, ślimakowy, spiralny, jak też w układzie zrównoważonym (Tichelmann'a).

Rys. Przykładowe sposoby układania rur (ślimakowy, podwójny meandrowy, Tichelmann'a)

Rury mocowane są zwykle na głębokości od 1,2-1,5m pod powierzchnia gruntu w odległościach od siebie 0,5-0,8m. Odległość od innych instalacji w ziemi wynosi min. 0,7m. Poniżej przykład instalacji meandrycznej z pięcioma obiegami.

Wymiennik spiralny w odróżnieniu do meandrycznego zabiera znacznie mniej miejsca. Nie wymaga tez szerokiego zakresu prac ziemnych, wykopy może wykonać zwykła koparka. Wymiennik wykonywany jest na ogól z rury PEX lub PE100. Rury układa się wykorzystując ich naturalną krzywiznę. Długość jednej spirali nie przekracza 18m a szerokość 1m. Rozstaw spiral dla zapewnienia regeneracji gruntu powinien wynosić minimum 5m (rys.).

Rys. Wymiennik spiralny (Aspol)

 

Wymiennik meandryczno-sekcyjny jest autorskim rozwiązaniem producenta ASPOL FV. Układ analogicznie do systemu meandrycznego i spiralnego bazuje na wykorzystaniu energii zgromadzonej pod powierzchnią Ziemi poprzez system przewodów rurowych HDPE 100 RC ułożonych w gruncie poniżej strefy przemarzania. Jego zaletą jest kompaktowa forma.  Wymiennik zbudowany jest z 6 równolegle umieszczonych przewodów rurowych o średnicy Ø 32 mm połączonych na dwóch końcach registrem. Zwinięty na palecie ułatwia transport i magazynowanie (wymiar 1,1x1,0m). Po rozwinięciu na gruncie zajmuje powierzchnię 18 m2 (18 x 1).

Rys. Wymiennik meandryczno-sekcyjny (ASPOL)

Układanie
Przed rozpoczęciem układania należy poddać rury kontroli optycznej. Montaż rur z widocznymi uszkodzeniami jest niedozwolony. Rury z PE 100 wymagają podsypki piaskowej, rury z polietylenu sieciowanego można układać bezpośrednio na gruncie rodzimym. Ważne, aby grunt był wolny od kamieni.  Żwir nawet w przypadku rur odpornych na zarysowania i propagację pęknięć zmniejsza przewodność cieplną gruntu z uwagi na występujące w nim pory powietrzne.

Poszczególne wężownice wymiennika powinny być wykonane z rur tej samej długości. Zapobiega to konieczności kosztownego wyregulowania przepływów przy rozdzielaczach. Podobnie jak przy ogrzewaniu podłogowym należy dążyć, aby długość pojedynczej wężownicy nie była większa niż 100m. Rury można układać na przygotowanej spychaczem płaskiej powierzchni lub w wykopach. Drugie rozwiązanie stosowane jest często dla układów spiralnych.

Fot. Wymiennik gruntowy spiralny (fot. www.pompyciepła.com.pl)

Po ułożeniu rur na całej powierzchni kolektora należy przeprowadzić odpowiednią próbę szczelności, np. zgodnie z PN-EN 805. Obwody geotermalne można sprawdzać razem po podłączeniu do rozdzielacza lub pojedynczo. Po przeprowadzeniu próby szczelności można przystąpić do wypełniania wykopu. Przed rozpoczęciem wypełniania i zagęszczania materiału wypełniającego rury muszą być całkowicie przykryte. Rury PE 100 wymagają zgodnie z DVGW W 400-2 podsypki i przykrycia z piasku. W przypadku rur PE-Xa można użyć do wypełnienia grunt rodzimy, o ile ma odpowiednią spoistość. Użyte paliki do unieruchomienia rur można wyciągnąć, jeśli odcinki rur są już odpowiednio umocowane przez materiał obsypki. Przed rozpoczęciem zagęszczania należy wykonać warstwę przykrywającą sięgającą minimum 0,3 m ponad poziom rur kolektora.

Cały grunt nad i wokół rur musi być wystarczająco zagęszczony. Miejsca, w których grunt jest źle zagęszczony mają negatywny wpływ na wydajność energetyczną kolektora.

Próby końcowe
Po wykonaniu wszystkich połączeń należy przeprowadzić odpowiednią próbę szczelności na całym systemie, np. wg PN-EN 805. Wyniki należy zapisać w protokole, który zostanie przekazany inwestorowi.

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