Grunt to dobry grunt, czyli jak dobrać dolne źródło

Pociągnę jeszcze temat doboru mocy. Tym razem w aspekcie wielkości dolnego źródła dla gruntowych pomp ciepła.
Klienci przysyłają mi ekspertyzy różdżkarzy, mapki geologiczne, informacje o podziemnych zbiornikach wodnych, pytają czy przeprowadzamy badania gruntu itd.
Czas na rozwianie kolejnych mitów o doborze i obliczeniach dolnego źródła.

Po co jest dolne źródło?
Jak pompa w domu grzeje, to na zewnątrz chłodzi. I ten chłód musi odebrać dolne źródło.
Odebrać chłód oznacza dostarczyć ciepło.
Ile tego tego ciepła trzeba dostarczyć ? – Tyle ile wynika z tabel moc.
Przykład takiej tabeli zamieszczałem już wcześniej.
Pokazuje ona jakie moce pobiera i oddaje pompa ciepła przy konkretnej temperaturze zasilania górnego źródła i powrotu z dolnego źródła.

Jak widać z powyższej tabeli, dla pompy ciepła o mocy nominalnej 10 kW, wejściu z dolnego źródła 0 stopni i zasilaniu instalacji grzewczej +35 stopni, ilość chłodu jaką musimy oddać do gruntu wynosi 8 kW.
I te 8 kW musi teraz przełożyć się na wielkość wymiennika dolnego źródła.
A tutaj mamy do dyspozycji wymiennik poziomy, wymiennik pionowy, studnie (dla poboru i zrzutu)

Wymiennik poziomy
Jak to liczyć? Długość rury? Powierzchnia?
Wymiennik poziomy to przede wszystkim powierzchnia.
My preferujemy gotowy wymiennik meandryczno-sekcyjny. Ale może być meandryczny czy spiralny. Głębokość założenia nie przekracza 1,5m; zazwyczaj 1,2m-1,4m
Punktem wyjścia jest określenie jaki mamy grunt. Określenie czyli stwierdzenie na podstawie wykopu (z fundamentów czy też dedykowanych wykopów kontrolnych) co mamy.
Piach czy glina? Suchy czy mokry?
Dalej zaglądamy do tabeli.


Wynika z niej, że grunt jest w stanie oddać od 10 do 40 Wat z 1m2,
Rozbieżność jest duża. Ale są też wytyczne producentów pomp ciepła (przykład poniżej), z których wynika, że zaleca się przyjmować 10-15 Wat.

Te Waty to kompromis pomiędzy kosztem dolnego źródła, a pewnością stabilnej i ekonomicznej pracy pompy.
Dlatego wykonawca zawsze trzyma się bezpiecznej strony.
10 do 15 Wat – to mniej lub bardziej suche piaski
15 do 20 Wat – mniej lub bardziej wilgotne piaski, gliny
I poza te wartości mało kto wychodzi. Warto by inwestor to rozumiał i był tego świadom.
Nikt nie zagwarantuje, że grunt da 30-40 Wat. Przy ewentualnym zamrożeniu wymiennika, ktoś musi zapłacić za jego wymaganą rozbudowę.
I albo będzie to wykonawca, który zaryzykował mniejszy wymiennik, albo inwestor, który miał tego świadomość i ograniczył koszty inwestycji.
Nie prowadzi się specjalistycznych badań właściwości termicznych gruntu, bo dla domu jednorodzinnego się to nie opłaca. Ponadto współczynniki przenikalności cieplnej czy pojemności cieplnej gruntu zależą od wilgotności i temperatury gruntu. A te w skali roku są zmienne i różne od warunków pobierania ewentualnych próbek.
Suche lato i mroźna zima powodują, że wilgotność gruntu jest zupełnie inna.
I żaden różdżkarz nie przesądzi tu sprawy.
W większości przypadków mamy więc nieco przewymiarowany wymiennik.
Ale skutkuje to tylko tym, że grunt odbierze więcej chłodu i podniesie nam temperaturę na wejściu do pompy.
Kiedy przyjęliśmy już wartość tych Watów, to dobieramy kolektor pod kątem hydraulicznym. (średnica, długość, opory kolektora)
My korzystamy z programu Energeo, który po wybraniu mocy pompy, typu wymiennika i warunków gruntowych robi to za nas.

Wymiennik pionowy
Tutaj sytuacja jest analogiczna.
Poniżej charakterystyki cieplne dla skał.


I znowu w praktyce nie wychodzimy powyżej 40-45 Wat.
Skały twarde takie jak piaskowce i granity mają te współczynniki do 80 Wat, ale w takich skałach rzadko się wierci, bo koszty są 1,5-2 razy wyższe.
Przy warstwach wodonośnych współczynnik jest również wysoki, ale kto nam zagwarantuje stabilność pracy? Wiertnik? Geolog? Instalator pompy ciepła?
Warto być tego świadomym.
Brak tej świadomości powoduje, że na rynku zdarzają się bardzo często sytuacje, w których instalator pompy ciepła twierdzi, że jeśli ja nie wiercę, to nie daję gwarancji.
I prace przy dolnym źródle są często wymuszane na inwestorze.

Odwierty może wykonać dowolna firma. Byle tylko wspólnie skonsultować ich długość w gronie wiertnik-instalator-inwestor.
Przy braku zgody – ostateczna decyzja należy do inwestora.
Ale stwierdzenie, czy niestabilna praca pompy spowodowana jest zbyt małym dolnym źródłem, czy też samą pompą jest bardzo proste na podstawie temperatur i parametrów pracy pompy.
I nie ma potrzeby szantażowania inwestora gwarancją.

Na rynku pojawiają się również oferty badań przewodności gruntu metodą echa termicznego (TRT).
Badanie trwa kilkadziesiąt godzin. Przeprowadzane jest w wykonanej sondzie (odwiercie), do której tłoczymy ciepły czynnik i mierzymy temperatury na powrocie.
Koszt jest na poziomie od 5 tys zł wzwyż. Jest więc porównywalny z kosztem jednego odwiertu.
Przy domu jednorodzinnym, gdzie mamy 150-200 mb odwiertu nie wiele zyskamy.
Jednak w dużych układach kaskadowych, gdzie mamy od 60 kW wzwyż (120-240 kW) tego typu badania są ekonomicznie uzasadnione.
Gdzieś przeczytałem informacje, że u naszych zachodnich sąsiadów jest prawny wymóg takich badań przy mocach powyżej 90 kW.

Studnie głębinowe
Mamy tu skromne doświadczenia, aczkolwiek dla nas cenne.
Warunkiem niezbędnym dla stabilnej pracy studni jest jej wydajność.
Zarówno dla poboru jak i dla zrzutu. Ta ostatnia nawet ważniejsza.
Dla pompy 8-10-12 kW musimy mieć studnie o wydajności 1,5-2 m3/h. To bardzo dużo.
W dwóch wypadkach (pompa 22 kW) mieliśmy problem z uzyskaniem wydatku studni.
W jednym po 3 dniach zabrakło wody, a w drugim studnia nie przyjmowała takiej ilości zrzutu. Były co prawda przeprowadzone próbne pompowania, ale trwały kilka godzin.
Skończyło się na sondach pionowych 4x 100mb.
W trzecim wypadku (na Słowacji) pracuje nasza pompa 12 kW.
Woda pobierana jest z 30-to metrowej studni głębinowej, a zrzut odbywa się do kanału przy elektrociepłowni, gdzie woda nigdy nie zamarza.
Pojawia się jeszcze problem formalny. Różne są opinie, ale większość uważa, że korzystanie z wód głębinowych (poza ilością na potrzeby gospodarstwa) i zrzut tej wody, wymaga pozwoleń wodno-prawnych, operatów i dość kłopotliwej i kosztownej dokumentacji.
Jestem więc dość sceptycznie nastawiony do tego typu dolnego źródła.

Podsumowując, moim zdaniem ważniejszy dla stabilnej pracy dolnego źródła jest jego właściwy dobór pod kątem hydraulicznym i takie jego wykonanie, które zapewni kontrolę parametrów.
Nie rezygnujmy ze studzienek, rozdzielaczy, zaworów i rotametrów.
A jak dajemy studzienkę, to nie kombinowaną, kanalizacyjną, którą potem zalewa zamarzająca woda, tylko dedykowaną dla dolnego źródła.
Stosujmy PE zamiast PP. Złączki zgrzewane zamiast skręcanych.
Nie odchudzajmy tej części instalacji, bo to co zaoszczędzimy teraz, wróci do nas jak bumerang w kolejnych latach eksploatacji.