Pompy ciepła typu solanka/woda z pionowymi gruntowymi wymiennikami ciepła należą do jednych z najbardziej efektywnych i niezawodnych systemów grzewczych. 

 

W ogromnej większości przypadków, klienci posiadający te urządzenia mogą cieszyć się najniższymi kosztami eksploatacji ogrzewania oraz docenić najwyższą niezawodność pracy. Zdarzają się jednak sporadyczne sytuacje związane z zamarznięciem dolnego źródła ciepła. Wydaje się, że ważnym zadaniem dla osób zajmujących się zawodowo pompami ciepła jest poznanie wszystkich okoliczności związanych z tym zagadnieniem tak, aby ustrzec się w przyszłości przed takimi sytuacjami, jak opisana poniżej.  

 

Założenia i dobór instalacji z pompą ciepła
Opisywane zdarzenie miało miejsce w Polsce. W nowym budynku zamontowano pompę ciepła typu solanka/woda o mocy 10 kW (dla B0W35) z dolnym źródłem w postaci trzech pionowych gruntowych wymienników ciepła (tzw. pojedynczą u-rurką) o głębokości 70 m każdy (współczynnik przewodzenia gruntu wynosił ok. 2 W/m/K).  

 

Przypadek zamarznięcia dolnego źródła  

Po około 12 miesiącach od uruchomienia pompy ciepła, w drugim sezonie grzewczym i kilku dniach ciągłej pracy sprężarki pompy ciepła, nastąpił gwałtowny wzrost ciśnienia roztworu glikolu powyżej wartości ciśnienia otwarcia zaworu bezpieczeństwa (3 bary) i wyrzut ok. 1,5 l czynnika do zbiornika zrzutowego na ciecz niezamarzającą. W opisanej sytuacji pojawia się pytanie, co było powodem tego zjawiska. Przez wiele dni temperatura roztworu glikolu wychodzącego z dolnego źródła znajdowała się poniżej -3oC, a temperatura czynnika niezamarzającego podawana z pompy wynosiła poniżej -7oC (wykres 1). Woda znajdująca się w przestrzeni pierścieniowej (pomiędzy wymiennikiem a gruntem) uległa zamarznięciu. W trakcie zamarzania zwiększa się objętość lodu w stosunku do objętości wody, z której powstał, i może to doprowadzić do miejscowego zgniecenia rury poprzez rozszerzający się lód, a w konsekwencji do zgniecenia wymiennika. Z dużym prawdopodobieństwem można założyć, że tak właśnie było w opisanym wypadku. Długa i ciągła praca pompy ciepła przez wiele dni spowodowała zamrożenie gruntu wymiennika od góry do samego dołu. Mimo że zastosowany materiał był stosunkowo wysokiej klasy (rura DN 40 z PE 80 o ciśnieniu nominalnym PN 12), doszło do zgniecenia rury wymiennika przez lód. Można przyjąć istnienie ryzyka trwałego zniszczenia wymiennika ze względu na brak gwarancji niezawodnej pracy wymiennika w przyszłości. Zakłada się, że standardowy okres użytkowania pionowego wymiennika ciepła wynosi min. 50-100 lat i w tej sytuacji nikt nie może zagwarantować tak długiego okresu eksploatacji.(…)

 

Na podstawie doświadczeń przeprowadzonych w Szwajcarii jako temperatury graniczne ryzyka zamarzania dolnego źródła przyjmuje się wartość średnią -5oC (np. wejście -2,5oC/ wyjście -5,5oC) w przypadku zastosowania roztworu glikolu etylenowego 30% i -7oC dla roztworu glikolu propylenowego 33% (np. wejście -3,5oC/ wyjście -6,5oC). Ze względu na ryzyko zamarzania pionowych wymienników ciepła, zalecane standardy doboru pionowych wymienników w Niemczech (VDI 4640 Bl. 2) nie dopuszczają do spadku średniej tygodniowej temperatury dolnego źródła poniżej -3,5oC (wejście/ wyjście). (…)  

 

 

Jak się znaleźć po bezpiecznej stronie?  

Warto zabezpieczyć się przed ewentualnymi skutkami nadmiernego poboru energii z dolnego źródła odpowiednio sformułowanymi zapisami w umowach pomiędzy instalatorem a inwestorem. Wskazane jest również dokładne określenie warunków umowy, np. zapisanie oczekiwań lub ograniczeń, jak choćby wyższe temperatury w pomieszczeniach czy brak możliwości ogrzewania dodatkowych pomieszczeń lub basenu bez rozbudowy dolnego źródła. Wszystkie te zapisy należy starannie objaśnić klientowi, uświadamiając możliwe skutki nadmiernego zużycia energii przez pompę ciepła. Ważnym załącznikiem do umowy z inwestorem może się stać certyfikat energetyczny. Warto go wykonać jeszcze przed podpisaniem umowy z inwestorem. Praktyka wskazuje, że certyfikaty energetyczne budynku są wykonywane dopiero na tydzień przed oddaniem dokumentacji do powiatowego inspektoratu nadzoru budowlanego w celu uzyskania końcowego odbioru budynku. W takiej sytuacji certyfikat energetyczny ma znaczenie tylko formalne, co odbija się też na jakości jego wykonania.  

 

 

Paweł Lachman
Polska Organizacja Rozwoju Technologii
Pomp Ciepła

 

 

 

 

Czytaj całość w GlobEnergia 1/2012