Gruntowe i powietrzne pompy ciepła

W zależności od dolnego źródła, z którego pompa ciepła pobiera energię odnawialną, można zastosować podział na pompy ciepła gruntowe i powietrzne. Cechą charakterystyczną gruntowych pomp ciepła jest ich duża wydajność spowodowana praktycznie stałą temperaturą źródła dolnego. Wymagają one jednak dużej powierzchni, na której można by swobodnie układać kolektory gruntowe oraz rozbudowanej instalacji do pobierania ciepła ze źródła dolnego. kilkanaście lat temu rozpoczęto więc prace nad pompą ciepła, która miałaby zastosowanie w miejscach o zwartej zabudowie. Sprawdzono, że czynnik o mocno ujemnej temperaturze wrzenia może pobrać ciepło z powietrza atmosferycznego. Tak powstała pompa ciepła posiadająca wentylator i wymiennik lamelowy, której dolnym źródłem jest  powietrze. Nawet zimą gdy temperatura spada poniżej zera, powietrzna pompa ciepła może efektywnie odbierać energię z otoczenia.

Zobaczmy jak działają gruntowe i powietrzne pompy ciepła i porównajmy w jakich sytuacjach można je instalować.

POWIETRZNA POMPA CIEPŁA

 

 

Wśród gazowych absorpcyjnych pomp ciepła wyróżniamy dwóch „przedstawicieli” typu powietrznego. Jest to GAHP-A (powietrzna gazowa absorpcyjna pompa ciepła; z ang. Gas Absorption Heat Pump - Air) służąca do ogrzewania i jej rozszerzona wersja posiadająca zawór rewersyjny GAHP-AR, która może być używana zarówno do grzania jak i chłodzenia. Zawór rewersyjny działa w ten sposób, że odwraca bieg czynnika chłodniczego, dzięki czemu urządzenie albo odbiera ciepło z instalacji i wyrzuca je do atmosfery w trybie chłodzenia, albo pobiera ciepło z atmosfery i oddaje do instalacji w trybie grzania.

Instalując powietrzną pompę ciepła nie potrzeba inwestować w wymiennik gruntowy. Umieszczenie takiego wymiennika wymaga większych nakładów finansowych na inwestycję. Wymiennik pionowy wiąże się z kosztami odwiertów, ale zajmuje mniej miejsca. Wymiennik poziomy jest tańszy, ale położony musi być na dużej powierzchni więc niezbędna jest dość spora działka. Terenu, pod którym znajduje się wymiennik nie można zabudować. Latem musi być zapewniony dostęp światła słonecznego, które będzie grunt w tym miejscu ogrzewało. Po długotrwałym odbieraniu ciepła zimą, latem grunt musi zregenerować ten ubytek energii, aby w kolejnym okresie grzewczym nie stracił swojej efektywności.

POMPA CIEPŁA W CENTRACH MIAST

Powietrzna gazowa absorpcyjna pompa ciepła jest doskonałym rozwiązaniem przy modernizacji systemów ogrzewania w centrach miast, gdzie problemem jest zwarta zabudowa. Gdy chcemy obniżyć koszty ogrzewania, a nie ma miejsca na wymiennik gruntowy doskonałym rozwiązaniem jest inwestycja w powietrzne pompy ciepła. Oszczędności w kosztach ogrzewania systemu opartego na powietrznych GAHP są o 40% niższe gdy porównamy go do tradycyjnego ogrzewania. Ważną zaletą GAHP jest możliwość instalacji ich na zewnątrz budynku, przez co nie ma konieczności budowy instalacji kominowej w budynku. Doskonałym miejscem ustawienia tych pomp ciepła jest dach.

 

Politechnika Rzeszowska

Umieszczając tam powietrzne GAHP oszczędzamy miejsce w budynku i nie zaburzamy jego estetyki, gdyż urządzenia umieszczone na dachu są praktycznie nie widoczne. Dysponując pompami ciepła do montażu zewnętrznego możemy tworzyć systemy dużych mocy złożone z kilkudziesięciu jednostek. Przykładem może być instalacja ogrzewania, klimatyzacji i produkcji c.w.u. w Słupskim Inkubatorze Technologicznym złożona z 18 urządzeń. Zapewnia ona 420 kW mocy grzewczej i 260 kW mocy chłodniczej.

 

Słupski Inkubator Technologiczny

GAHP-A dzięki wykorzystaniu odnawialnego źródła energii jakim jest powietrze osiąga efektywność G.U.E. do 165%. Technologia gazowa absorpcyjna zapewnia wysoką sprawność GAHP niespadającą poniżej sprawności gazowego kotła kondensacyjnego w przypadku mocno ujemnych temperatur. Wykres 1 przedstawia zależność efektywności wyrażonej za pomocą współczynnika G.U.E. od różnych temperatur powietrza pompy GAHP-A.

 

Wykres efektywności GAHP-A

 

GRUNTOWA POMPA CIEPŁA

 

Porównując pompę ciepła gruntową do powietrznej zobaczymy, że charakteryzuje się ona większą sprawnością. GAHP-GS osiąga do 170% efektywności G.U.E. Największym czynnikiem wpływającym na sprawność GAHP-GS jest minimalne wahanie temperatur gruntu. Grunt, a także woda gruntowa poniżej 6 m ma praktycznie stałą temperaturę niezależnie od pory roku. W Polsce jest to  między 7°C a 12°C.

Instalacje ogrzewania oparte na powietrznych pompach ciepła wymagają źródła szczytowego. To zwiększa opłacalność inwestycji. W okresie silnych mrozów zimowych energia cieplna zawarta w powietrzu jest niewystarczająca do osiągnięcia przez pompy wyższej mocy, niż moc dostarczana w gazie, dlatego zaleca się wsparcie pomp zewnętrznym gazowym kotłem kondensacyjnym. Pompy gruntowe z racji stałego parametru w dolnym źródle mogą pracować bez wsparcia szczytowego źródła.

Obiekt handlowo usługowy MPM z instalacją gruntowych pomp ciepła GAHP-GS

Ciepło z gruntu wyprowadzamy za pomocą kolektora gruntowego. Może on być w postaci pionowych sond, lub poziomej wężownicy ułożonej na dużej powierzchni. Wybierając gruntową pompę ciepła trzeba uwzględnić duże nakłady inwestycyjne na wymiennik gruntowy. Są one mniejsze w przypadku wymiennika poziomego. Jest on układany na głębokości 30 cm poniżej granicy lokalnej strefy zamarzania gruntu, czyli mniej więcej 1,2 – 1,6 m poniżej powierzchni. Zaletą sond pionowych jest niewielka przestrzeń jaką potrzebują. Jeżeli działka nie jest dostatecznie duża, bardziej optymalnym rozwiązaniem może okazać się właśnie pionowy wymiennik gruntowy.

Gruntowe pompy ciepła w technologii gazowej absorpcyjnej wymagają znacznie mniejszych nakładów inwestycyjnych niż sprężarkowe, ponieważ wielkość wymiennika gruntowego dla GAHP-GS jest do dwóch razy mniejsza niż dla tej samej mocy sprężarkowej pompy ciepła. Oznacza to, że dla osiągnięcia mocy 42 kW potrzebujemy czterech odwiertów o głębokości ok. 100 m dla GAHP-GS i aż ośmiu dla sprężarkowej pompy ciepła. Instalacja oparta na gazowych absorpcyjnych pompach ciepła zmniejsza koszty odwiertów i przyspiesza czas zwrotu inwestycji.

WSZECHSTRONNOŚĆ POMP CIEPŁA

Obecny rozwój technologiczny pozwala na efektywne wykorzystywanie różnych źródeł energii. Kiedy udało się uzyskać ciepło z gruntu znaleziono jeszcze bardziej powszechne źródło energii jakim jest powietrze. To pozwoliło na dalszy rozwój pomp ciepła i umożliwiło instalowanie ich w miejscach, w których dotąd było to utrudnione. Dzięki różnorodności gazowych absorpcyjnych pomp ciepła tworzy się optymalne systemy ogrzewania dla wielu inwestycji.

Potrzebujesz rzetelnej i kompleksowej wiedzy? Zapytaj naszego eksperta!

Napisz do nas lub zadzwoń +58 698 21 48